DD249371A3 - Verfahren zur bearbeitung von diamanten mittels laserstrahlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von kegelfoermigen Mikrobohrungen mittels Laserstrahlen in Diamanten fuer den Feinstdrahtzug. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostenguenstiges Verfahren zu schaffen, das die Einarbeitung von kegelfoermigen Mikrobohrungen mit einem Kegelspitzendurchmesser kleiner 0,020 mm und einer Rauhtiefe der Manteloberflaeche kleiner etwa 0,005 mm in Diamanten gewaehrleistet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mit feststehendem Fokuspunkt ein vollstaendiger Kegel in den Diamant eingearbeitet wird, dessen Basisflaeche und Hoehe kontinuierlich bis zur vorgesehenen Tiefe vergroessert wird, wobei die Laserleistung auf das 1,8fache des Ausgangswertes von etwa 1 W entsprechend dem Abmessungsbereich gesteigert wird und die Brennweite des Objektivs 30 mm bis 50 mm betraegt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten, insbesondere zur Herstellung von kegelförmigen Mikrobohrungen für den Feinstdrahtzug mittels Laserstrahlen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten, insbesondere zur Herstellung von Mikrobohrungen mittels Laserstrahlen sind bekannt. Die Einarbeitung kegelförmiger Bohrungen in Diamanten wird in der Regel so gestaltet, daß mehrere aus Kegelstümpfen bestehende Einzelbohrungen zu einem vollständigen Kegel erweitert werden. Derartige Verfahren werden in der DE-OS 2 740 755; Tnaustriediamantenrundschau, 4 (1970) 2, Seite 91 bis 96; 5 (1971) 1, Seite 38 bis 43 von Straschek, beschrieben. Das charakteristische Merkmal dieser Verfahren besteht darin, daß entsprechend der Bearbeitungstiefe die Fokuspunktlage korrigiert werden muß. Modernste Laseranlagen für diesen Anwendungszweck werden durch kostenaufwendige Rechner gesteuert, wobei die Rechnersteuerung insbesondere eine koordinierte Bewegung in der vertikalen und horizontalen Achse ermöglichen und somit eine genaue Übereinstimmung von Fokuspunktanlage und Einarbeitungstiefe herstellen soll. Es ist bekannt, daß diese Laserbohrverfahren keine Einarbeitung von Bohrungen mit einem Kegelspitzendurchmesser kleiner etwa 0,050 mm ohne Anwendung von mehrteiligen Verfahren ermöglichen. Bekannte aufwendige, komplizierte, mehrstufige Laserbohrverfahren beruhen darauf, daß durch Veränderung des optischen Aufbaus der Laseranlage zu kleinerem Kegelspitzendurchmesser vorgegangen wird.

Dabei ist bekannt, daß kleine Kegelspitzendurchmesser kurze Brennweiten von 10 mm bis 20 mm des Laserobjektivs erfordern. Der entscheidende Nachteil der nach den bekannten Verfahren hergestellten Laserbohrungen besteht darin, daß die Oberflächengüte der Mantelfläche eine für Mikrobohrungen zu große Rauhigkeit aufweist und eine Rauhtiefe von etwa 50 μηπ nicht unterschreitet. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß nach den bisher praktizierten Verfahren es zu mikroskopisch feinen, absatzförmigen Ausbildungen der Mantelfläche an den einzelnen eingearbeiteten Kegelstümpfen kommt. Aufwendige Polierverfahren sind deshalb notwendig, um die Absätze derartiger Bohrungen zu glätten und für den Feinstdrahtzug praktisch einsetzbar zu gestalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches, einstufiges, kostengünstiges Verfahren zu schaffen, mit dem kegelförmige Mikrobohrungen in Diamanten mit hoher Manteloberflächengüte hergestellt werden können und mit dem der Aufwand an Nachpolierarbeiten auf ein Minimum gesenkt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Einarbeitung von kegelförmigen Mikrobohrungen mit einem Kegelspitzendurchmesser kleiner 0,020 mm und einer Rauhtiefe der Manteloberfläche kleiner etwa 0,005 mm in Diamanten gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit feststehendem Fokuspunkt ein vollständiger Kegel in den Diamant eingearbeitet wird, dessen Basisfläche und Höhe kontinuierlich bis zur vorgesehenen Tiefe vergrößert wird, wobei die Laserleistung auf das 1,8fache des Ausgangswertes von etwa 1 W entsprechend dem Abmessungsbereich gesteigert wird und die Brennweite des den Laserstrahl fokussierenden Objektivs 30 mm bis 50 mm beträgt.

Nach einem weiteren Merkmai der Erfindung können die Mantelflächen des einzuarbeitenden Kegels über die Diamantoberfläche durch zusätzlich angebrachte Spiegel fortgesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet die Einarbeitung kegelförmiger Mikrobohrungenmit einem Kegelspitzendurchmesser kleiner 0,020 mm und einer Rauhtiefe der Manteloberfläche kleiner etwa 0,005 mm in Diamanten ohne die Anwendung mehrstufiger teuerer Bearbeitungsverfahren, wobei der Aufwand an Polierverfahren auf ein Minimum gesenkt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ein Naturdiamant mit einer Höhe von etwa 0,7 mm wird in eine Fassung fest eingebettet. Zur Laserbearbeitung wird für das eingangsseitige Ziehhol ein YAG-Laser und für das ausgangsseitige Ziehhol ein Neodym-Glas-Laser angewandt. Beide Laser sind mit einer Brennweite von 50 mm ausgerüstet. Ein zusätzlich zwischen Laserobjektiv und Diamantoberfläche angebrachter metallischer Spiegel besitzt eine Höhe von etwa 3 mm, einen oberen Durchmesser von 3,5 mm und einen unteren Durchmesser von 0,5 mm. Die Einarbeitung des eingangsseitigen Ziehhols erfolgt folgendermaßen: Der Laser arbeitet mit einer Pulsfrequenz von 1OkHz.

Der Durchmesser der Eingangsbasisfläche wird von 0,1 mm mit jedem von außen nach innen ablaufenden Bearbeitungsschritt um 0,05 mm bis auf 0,5 mm erhöht. Die Laserleistung wird von 1,2 W auf 2 W erhöht. Der Fokuspunkt wird während der gesamten Bearbeitung in einer Position von 0,2 mm über der Diamantoberfläche belassen. Die Bearbeitung ist nach 2 min beendet. Die Bearbeitung wird mit der Einarbeitung des Ausgangskegels fortgesetzt. Dieser Laser arbeitet mit einer Pulsfrequenz von 1 Hz. Der Brennfleckdurchmesser beträgt 0,5 mm. Die Laserimpulenergie wird von 1,2 J um jeweils 0,2 J nach Nachlassen des Abtrages bis zum Durchbruch gesteigert. Der Durchbruch wird auf etwa 0,015 mm vergrößert und der Ziehstein danach mit Diamantschleifmitteln auf das endgültige Maß poliert.

Claims (2)

1. Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten mittels Laserstrahlen, insbesondere zur Herstellung von kegelförmigen Mikrobohrungen für den Feinstdrahtzug, bei dem bekannte Lasertypen, für das eingangsseitige Ziehhol beispielsweise ein YAG-Laser und für das ausgangsseitige Ziehhol beispielsweise ein Neodym-Glas-Laser, eingesetzt werden, gekennzeichnet dadurch, daß mit feststehendem Fokuspunkt ein vollständiger Kegel in den Diamant eingearbeitet wird, dessen Basisfläche und Höhe kontinuierlich bis zur vorgesehenen Tiefe vergrößert wird, wobei die Laserleistung auf das 1,8fache des Ausgangswertes von etwa 1 W entsprechend dem Abmessungsbereich gesteigert wird und die Brennweite des den Laserstrahl fokussierenden Objektivs 30 mm bis 50 mm beträgt.

2. Verfahren zur Bearbeitung von Diamanten mitteis Laserstrahlen nach Punkt 1, gekennzeichnet ν dadurch, daß die Mantelflächen des einzuarbeitenden Kegels über die Diamantoberfläche durch zusätzlich angebrachte Spiegel fortgesetzt werden.