红宝石、蓝宝石因其优良的机械、光学和电学性能，在光学元件和微机械器件领域得到广泛应用。然而，这些优异的特性也给传统加工带来了巨大的挑战。高硬度导致刀具磨损迅速，脆性易碎需要精准控制，热敏感性更易导致材料损伤。飞秒激光作为一种先进工艺，为红宝石与蓝宝石这类透明材料高精度制造打开新大门。

红宝石盘。凭借其鲜艳的色彩和纹理表面，这块宝石确保每个表盘都是独一无二的。

红宝石盘，应用于手表表盘

PART 01

了解红宝石&蓝宝石与加工痛点

红宝石与蓝宝石同属三方晶系刚玉矿物，核心成分为氧化铝 (Al₂O₃)。刚玉在自然界中可以呈现所有颜色，色度超过5的红色刚玉被称为红宝石，而其他所有颜色的刚玉则被称为蓝宝石（白蓝宝石、黄蓝宝石、橙蓝宝石、粉蓝宝石、蓝宝石、绿蓝宝石等）。

1、材料优势

超高硬度与耐磨性：莫氏硬度 9 级（仅次于金刚石），耐磨性远超金属材料。应用于3D 打印领域的红宝石喷嘴，其单晶结构能实现极高尺寸精度，表面光洁度、圆度及边缘均匀性均达微米级标准，使用寿命是不锈钢喷嘴的 5-10 倍；

优异光学与热学性能：高透明性与稳定折射率,让蓝宝石成为半导体氮化物外延衬底、高端光学镜头的首选；同时，红宝石与蓝宝石高导热性可应对高温工况，适配航空航天、半导体等严苛场景；

强环境适应性：化学稳定性极强，耐酸碱腐蚀，在食品化工的高压喷嘴、造纸行业的边缘修整部件中，能长期保持性能稳定。

2、加工痛点

红宝石与蓝宝石的加工难度，直接限制了先进器件的研发与量产。由于它们对大多数湿化学刻蚀、干法刻蚀呈惰性，激光加工成为业界公认的 “优选方案”，但普通激光加工仍难逃三大难题：

热损伤风险：纳秒激光脉冲宽度长（10⁻⁹秒），能量会持续传导至材料内部，导致红宝石变色、蓝宝石产生热裂纹，破坏材料光学与机械性能；

能量利用率低：蓝宝石对可见光、红外光的高透过率，会导致普通激光能量分散，难以精准聚焦，圆度与粗糙度下降。

精度难把控：加工复杂结构，尺寸偏差大，良率不足。

正是这些痛点，让 “冷加工” 特性的超快激光（皮秒、飞秒）成为焦点 —— 其超短脉冲能避免热积累，超高峰值功率可实现精准材料去除，为红宝石与蓝宝石的精密加工提供了新路径。

PART 02

单色科技飞秒激光：破解晶体加工难题

单色科技飞秒激光技术，以 “高稳定性飞秒激光设备+ 全流程工艺控制” 为核心，从原理到应用，规避传统加工缺陷，实现红宝石与蓝宝石的高品质、稳定加工。

1. 冷加工模式：零热损伤，守护材料本质特性

飞秒激光的脉冲宽度（10⁻¹⁵秒量级）远小于红宝石 / 蓝宝石的热弛豫时间（材料散热时间）—— 能量不会向周围传导，而是让加工区域的氧化铝分子 “瞬间气化”，热影响区 RA＜0.2μm，实现无热裂纹的冷加工效果。

案例——红宝石 40μm 微孔加工（工业喷嘴）

孔径40μm±1μm，微孔圆度误差＜1μm，孔壁无变色、锥度精准可控且孔壁光洁。

2.  非接触 + 能量调控：复杂结构精准成型

针对蓝宝石高透明性的痛点，通过调整激光波长与脉冲能量密度，优化光束吸收效率，实现 “温和烧蚀” 向 “高效去除” 的精准切换，实现飞秒激光精密定深刻蚀，避免过度加工导致的材料损伤。实现无再沉积、无残留物的复杂结构成型。

案例——蓝宝石微结构凸台加工（光学元件）

5mm×5mm 方形槽深 200μm（公差 ±1μm），中间凸台无崩边，相比传统方法，加工效率提升高达300%。

中心凸台数据

3、实时反馈闭环控制：稳定性保证

设备集成高精度视觉传感系统、激光功率监测与补偿技术与全天候光束指向性及质量检测，加工过程中实时监测孔型尺寸、表面质量，并进行工艺调整，避免因功率波动、光束偏移导致的孔径偏差等问题。保障批量加工的一致性。

飞秒激光加工不同孔径红宝石效果

PART 03

结语

飞秒激光的 “冷加工” 特性，非常适合加工硬脆晶体。无论是红宝石、蓝宝石这类宝石，还是玻璃纤维环氧树脂基板这类复杂复合材料，其加工精度都达到超越传统工艺的高度。

转自：单色科技

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