Titaanilla seostettujen safiirikristallilaseritangkojen pintakäsittelymenetelmä

Kuvassa 1 on esitetty titaanijalokivikiteet Ti:Al2O3 (dopingpitoisuus 0,35 painoprosenttia Ti2O3), joiden kideaihiot ovat keksinnön mukaisen titaanijalokivikidelasersauvan pintakäsittelymenetelmän prosessikaavion mukaisia. Keksinnön mukaisen titaanijalokivikidelasersauvan pintakäsittelymenetelmän erityiset valmistusvaiheet ovat seuraavat:

<1> Orientointileikkaus: titaanijalokivikide orientoidaan ensin ja leikataan sitten nelikulmaiseksi pylväänmuotoiseksi aihioksi jättämällä noin 0,4–0,6 mm:n työstövara valmiin lasersauvan koon mukaisesti.

<2> Kolonnin karkea ja hieno hionta: Kolonnin aihio hiotaan tetragonaaliseksi tai sylinterimäiseksi poikkileikkaukseksi 120–180 # piikarbidi- tai boorikarbidihioma-aineella karkeahiomakoneella, jonka kartio- ja pyöreysvirhe on ±0,01 mm.

<3> Päätypinnan käsittely: titaanijalokiven laserhiontapalkki, jossa kaksi päätypintaa hiotaan peräkkäin W40-, W20- ja W10-boorikarbidipäätypinnoilla teräslevyllä. Hiontaprosessissa on kiinnitettävä huomiota päätypinnan pystysuorisuuteen.

<4> Kemiallis-mekaaninen kiillotus: kemiallis-mekaaninen kiillotus on prosessi, jossa kiillotustyynyn kiteitä kiillotetaan ennalta määrätyllä kemiallisella syövytysliuoksella. Kiillotus suoritetaan työkappaleen ja kiillotustyynyn välisen suhteellisen liikkeen ja kitkan avulla, ja kiillotus viimeistellään kemiallista syövytysainetta (kiillotusnestettä) sisältävällä tutkimuslietteellä.

<5> Happosyövytys: Edellä kuvatulla tavalla kiillotetut titaanijalokivet laitetaan H2SO4:H3PO4 = 3:1 (v/v) -seokseen 100–400 °C:n lämpötilassa ja syövytetään 5–30 minuuttia. Tarkoituksena on poistaa lasersäteen pinnalta mekaanisen vaurion aiheuttama kiillotusprosessi ja erilaiset tahrat, jotta saadaan puhdas, tasainen ja atomitason hilamainen pinta.

<6> PINTAKÄSITTELY: Edellisessä prosessissa syntyneiden pintajännitysten ja naarmujen poistamiseksi ja atomitasolla litistyneen pinnan aikaansaamiseksi happoetsauksen jälkeen titaanijalokivitanko huuhdeltiin deionisoidulla vedellä 5 minuutin ajan, minkä jälkeen titaanijalokivitanko asetettiin 1360±20°C:n ympäristöön 1–3 tunnin vakiolämpötilaan vetyatmosfäärissä ja altistettiin pintalämpökäsittelylle.