蓝宝石玻璃（α-Al₂O₃单晶）因其超高硬度（莫氏9级）和脆性，加工难度远高于普通玻璃。以下是其切割与抛光的核心技术、工艺难点及

解决方案：

一、精密切割技术

1. 激光切割（主流工艺）

技术类型：

皮秒/飞秒激光：超短脉冲（10⁻¹²~10⁻¹⁵秒）减少热影响区，避免微裂纹。

紫外激光（355nm）：高光子能量，适合薄片（<0.3mm）高精度切割。

参数优化：

功率：5~20W（视厚度调整）

重复频率：50~200kHz

扫描速度：100~500mm/s

优势：

切割缝宽≤20μm，可实现异形切割（如手机摄像头盖板的圆孔）。

无机械应力，边缘崩边<5μm。

案例：iPhone摄像头蓝宝石盖板的激光切割。

2. 金刚石线切割

工艺要点：

使用电镀金刚石线（线径0.1~0.2mm），以高速往复运动切割。

冷却液：去离子水+悬浮磨料（防止热积聚）。

适用场景：

厚板（>1mm）切割，如LED衬底晶圆。

缺点：

切割速度慢（约0.5~2mm/min），线痕需后续抛光。

3. 超声波辅助切割

原理：

高频振动（20~40kHz）叠加金刚石刀具，降低切削力。

效果：

减少崩边，适用于高精度零件（如军用红外窗口）。

二、抛光技术

1. 机械抛光（粗抛）

磨料选择：

金刚石研磨液（粒径1~10μm）或碳化硼（B₄C）。

工艺参数：

压力：0.1~0.3MPa

转速：50~200rpm

目标：快速去除切割痕，表面粗糙度Ra<50nm。

2. 化学机械抛光（CMP，精抛）

抛光液配方：

二氧化硅（SiO₂）或氧化铝（Al₂O₃）胶体 + pH调节剂（NaOH或HNO₃）。

关键参数：

pH值：9~11（碱性环境加速表面化学反应）

抛光垫材质：聚氨酯多孔垫

效果：

表面粗糙度Ra<0.5nm（达到光学级），透光率提升至85%以上。

3. 磁流变抛光（MRF）

原理：

磁性流体携带磨料，在磁场作用下形成柔性“抛光模”，自适应表面形状。

优势：

适用于非球面、复杂曲面抛光（如相机镜片）。

三、工艺难点与解决方案

问题 原因 解决方案

边缘崩边 切割应力集中 激光切割后火焰抛光（局部退火）

表面划痕 磨料粒径不均 分级抛光（粗抛→中抛→精抛）

抛光效率低 蓝宝石硬度高 加热抛光液（60~80℃）加速化学反应

厚度不均 夹具应力变形 真空吸附固定+在线厚度监测

四、应用场景与工艺选择

消费电子（手机盖板）：

流程：激光切割 → 金刚石研磨 → CMP抛光 → 镀AR膜。

精度要求：厚度公差±0.02mm，边缘粗糙度Ra<10nm。

LED衬底：

流程：金刚石线切割 → 双面研磨 → CMP抛光。

目标：TTV（总厚度偏差）<5μm。

军工红外窗口：

流程：超声波切割 → 磁流变抛光 → 镀增透膜。

五、前沿技术趋势

激光隐形切割（Stealth Dicing）：

激光聚焦于材料内部，通过热应力裂片，无粉尘、无崩边。

等离子体抛光：

利用等离子体活化表面原子，实现原子级光滑（Ra<0.1nm）。

复合加工：

激光+水射流组合切割，兼顾效率与质量。

六、设备与材料供应商推荐

激光切割机：

德国通快（TRUMPF）、日本滨松（Hamamatsu）。

抛光液：

美国Cabot、日本Fujimi。

检测设备：

白光干涉仪（Zygo）、原子力显微镜（Bruker）。