紅寶石、藍(lán)寶石因其優(yōu)良的機(jī)械、光學(xué)和電學(xué)性能，在光學(xué)元件和微機(jī)械器件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，這些優(yōu)異的特性也給傳統(tǒng)加工帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。高硬度導(dǎo)致刀具磨損迅速，脆性易碎需要精準(zhǔn)控制，熱敏感性更易導(dǎo)致材料損傷。飛秒激光作為一種先進(jìn)工藝，為紅寶石與藍(lán)寶石這類透明材料高精度制造打開(kāi)新大門。

紅寶石盤。憑借其鮮艷的色彩和紋理表面，這塊寶石確保每個(gè)表盤都是獨(dú)一無(wú)二的。

紅寶石盤，應(yīng)用于手表表盤

PART 01

了解紅寶石&藍(lán)寶石與加工痛點(diǎn)

紅寶石與藍(lán)寶石同屬三方晶系剛玉礦物，核心成分為氧化鋁 (Al₂O₃)。剛玉在自然界中可以呈現(xiàn)所有顏色，色度超過(guò)5的紅色剛玉被稱為紅寶石，而其他所有顏色的剛玉則被稱為藍(lán)寶石（白藍(lán)寶石、黃藍(lán)寶石、橙藍(lán)寶石、粉藍(lán)寶石、藍(lán)寶石、綠藍(lán)寶石等）。

1、材料優(yōu)勢(shì)

超高硬度與耐磨性：莫氏硬度 9 級(jí)（僅次于金剛石），耐磨性遠(yuǎn)超金屬材料。應(yīng)用于3D 打印領(lǐng)域的紅寶石噴嘴，其單晶結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)極高尺寸精度，表面光潔度、圓度及邊緣均勻性均達(dá)微米級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使用壽命是不銹鋼噴嘴的 5-10 倍；

優(yōu)異光學(xué)與熱學(xué)性能：高透明性與穩(wěn)定折射率,讓藍(lán)寶石成為半導(dǎo)體氮化物外延襯底、高端光學(xué)鏡頭的首選；同時(shí)，紅寶石與藍(lán)寶石高導(dǎo)熱性可應(yīng)對(duì)高溫工況，適配航空航天、半導(dǎo)體等嚴(yán)苛場(chǎng)景；

強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性：化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)，耐酸堿腐蝕，在食品化工的高壓噴嘴、造紙行業(yè)的邊緣修整部件中，能長(zhǎng)期保持性能穩(wěn)定。

2、加工痛點(diǎn)

紅寶石與藍(lán)寶石的加工難度，直接限制了先進(jìn)器件的研發(fā)與量產(chǎn)。由于它們對(duì)大多數(shù)濕化學(xué)刻蝕、干法刻蝕呈惰性，激光加工成為業(yè)界公認(rèn)的 “優(yōu)選方案”，但普通激光加工仍難逃三大難題：

熱損傷風(fēng)險(xiǎn)：納秒激光脈沖寬度長(zhǎng)（10⁻⁹秒），能量會(huì)持續(xù)傳導(dǎo)至材料內(nèi)部，導(dǎo)致紅寶石變色、藍(lán)寶石產(chǎn)生熱裂紋，破壞材料光學(xué)與機(jī)械性能；

能量利用率低：藍(lán)寶石對(duì)可見(jiàn)光、紅外光的高透過(guò)率，會(huì)導(dǎo)致普通激光能量分散，難以精準(zhǔn)聚焦，圓度與粗糙度下降。

精度難把控：加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)，尺寸偏差大，良率不足。

正是這些痛點(diǎn)，讓 “冷加工” 特性的超快激光（皮秒、飛秒）成為焦點(diǎn) —— 其超短脈沖能避免熱積累，超高峰值功率可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)材料去除，為紅寶石與藍(lán)寶石的精密加工提供了新路徑。

PART 02

單色科技飛秒激光：破解晶體加工難題

單色科技飛秒激光技術(shù)，以 “高穩(wěn)定性飛秒激光設(shè)備+ 全流程工藝控制” 為核心，從原理到應(yīng)用，規(guī)避傳統(tǒng)加工缺陷，實(shí)現(xiàn)紅寶石與藍(lán)寶石的高品質(zhì)、穩(wěn)定加工。

1. 冷加工模式：零熱損傷，守護(hù)材料本質(zhì)特性

飛秒激光的脈沖寬度（10⁻¹⁵秒量級(jí)）遠(yuǎn)小于紅寶石 / 藍(lán)寶石的熱弛豫時(shí)間（材料散熱時(shí)間）—— 能量不會(huì)向周圍傳導(dǎo)，而是讓加工區(qū)域的氧化鋁分子 “瞬間氣化”，熱影響區(qū) RA＜0.2μm，實(shí)現(xiàn)無(wú)熱裂紋的冷加工效果。

案例——紅寶石 40μm 微孔加工（工業(yè)噴嘴）

孔徑40μm±1μm，微孔圓度誤差＜1μm，孔壁無(wú)變色、錐度精準(zhǔn)可控且孔壁光潔。

2.  非接觸 + 能量調(diào)控：復(fù)雜結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)成型

針對(duì)藍(lán)寶石高透明性的痛點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整激光波長(zhǎng)與脈沖能量密度，優(yōu)化光束吸收效率，實(shí)現(xiàn) “溫和燒蝕” 向 “高效去除” 的精準(zhǔn)切換，實(shí)現(xiàn)飛秒激光精密定深刻蝕，避免過(guò)度加工導(dǎo)致的材料損傷。實(shí)現(xiàn)無(wú)再沉積、無(wú)殘留物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型。

案例——藍(lán)寶石微結(jié)構(gòu)凸臺(tái)加工（光學(xué)元件）

5mm×5mm 方形槽深 200μm（公差 ±1μm），中間凸臺(tái)無(wú)崩邊，相比傳統(tǒng)方法，加工效率提升高達(dá)300%。

中心凸臺(tái)數(shù)據(jù)

3、實(shí)時(shí)反饋閉環(huán)控制：穩(wěn)定性保證

設(shè)備集成高精度視覺(jué)傳感系統(tǒng)、激光功率監(jiān)測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)與全天候光束指向性及質(zhì)量檢測(cè)，加工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)孔型尺寸、表面質(zhì)量，并進(jìn)行工藝調(diào)整，避免因功率波動(dòng)、光束偏移導(dǎo)致的孔徑偏差等問(wèn)題。保障批量加工的一致性。

飛秒激光加工不同孔徑紅寶石效果

PART 03

結(jié)語(yǔ)

飛秒激光的 “冷加工” 特性，非常適合加工硬脆晶體。無(wú)論是紅寶石、藍(lán)寶石這類寶石，還是玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂基板這類復(fù)雜復(fù)合材料，其加工精度都達(dá)到超越傳統(tǒng)工藝的高度。

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