[发明专利]基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法

权利要求书

1.一种基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对单晶金刚石刀具进行刻蚀加工：利用以Xe离子为离子源的等离子体聚焦离子束对单晶金刚石刀具的前刀面、后刀面和侧刀面进行刻蚀加工；

S2、粗加工单晶金刚石刀具的侧刀面：将S1得到的单晶金刚石刀具的材料上表面朝上并固定在样品台上，利用等离子体聚焦离子束对单晶金刚石刀具的侧刀面进行粗加工去除材料，得到具有阶梯状轮廓缺陷的侧刀面；

S3、粗加工单晶金刚石刀具的后刀面：根据单晶金刚石刀具的特性，调整等离子体聚焦离子束和工作台之间的夹角，考虑到能量分布在大束流时会有加工缺陷-倾斜侧壁产生，并手动补偿使得待加工的后刀面和粗加工完成的侧刀面具有6°-8°的后角，所述等离子体聚焦离子束中束流能量的离子束强度的表达式为：

其中，J为等离子体聚焦离子束加工时加工位置的离子流量浓度，I为等离子体聚焦离子束加工时束流大小，σ为标准差，x，y分别为当加工正中心位置为(0.0)时在加工面上对应的坐标位置；

S4、分别粗加工和精加工单晶金刚石刀具的前刀面：将单晶金刚石刀具的材料上表面竖直向上放在样品台上，将样品台绕工作台旋转至52度，在所加工的单晶金刚石刀具的刃口边缘处刻蚀一浅槽，然后把单晶金刚石刀具前刀面朝上装在辅助斜台上，将辅助斜台绕设备固定轴T轴固定翻转一定的角度，得到具有负前角20°的前刀面；

S5、精加工单晶金刚石刀具的侧刀面：将单晶金刚石刀具材料上表面朝下固定在辅助斜台上，利用等离子体聚焦离子束的nA级别的小束流对刃口处的位置进行精修至无明显表面损伤，过程中会中和掉粗加工是产生的阶梯缺陷提高了效率；

S6、精加工单晶金刚石刀具的后刀面：将单晶金刚石刀具材料上表面朝下固定在辅助斜台上，并将辅助斜台绕设备固定轴T轴翻转4°-6°，得到具有6°-8°夹角的后刀面；之后分别采用60nA的小束流和15nA的小束流对单晶金刚石刀具的刃口进行一次和二次加工，得到具有一定硬度刃口的单晶金刚石刀具。

2.根据权利要求1所述的基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法，其特征在于，在步骤S1中，所述等离子体聚焦离子束是基于Sigmund(西格蒙德)理论的溅射产额，所述Sigmund(西格蒙德)理论的溅射产额的线性连锁碰撞模型的表达式为：

其中，M₁和M₂分别为入射离子和靶材的相对原子质量，Z₁和Z₂分别为入射离子和固体靶材原子的原子序数，Y为溅射产额，式中E_s是固体靶材表面束缚能，S_n为原子核阻止截面，θ为离子束的入射角度，E代表产生的能量，ε为约化能量即背散射电子能量与入射电子能量之比。

3.根据权利要求1所述的基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法，其特征在于，在步骤S2中，所述粗加工中去除材料的表达式为：

其中，W为单晶金刚石刀具的去除量，m为单晶金刚石刀具原子的相对原子质量，I为聚焦离子束(FIB)的束流，t为等离子体聚焦离子束的溅射时间。

4.根据权利要求1所述的基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法，其特征在于，在步骤S3中，所述手动补偿的角度为1°-4°。

5.根据权利要求1所述的基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法，其特征在于，在步骤S4中，所述浅槽的长度为50μm-100μm，深度为0μm-1μm，所述浅槽距离所加工的单晶金刚石刀具的刃口边缘距离为150μm-250μm。

6.根据权利要求1或者5所述的基于聚焦离子束的用于单晶金刚石刀具的成形方法，其特征在于，在步骤S4中，所述辅助斜台的倾角为40°。