Subnanosekundenlaser für die Mikrobearbeitung harter und spröder Materialien

Zu den nichtmetallischen harten und spröden Materialien gehören eine Vielzahl von Edelsteinen, Glas, Siliziumkristallen, Quarzkristallen, Keramik, magnetischen Seltenerdmaterialien usw. Die meisten dieser Materialien sind Nichtleiter oder Halbleiter und zeichnen sich normalerweise durch eine hohe Härte aus. Sprödigkeit, Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit. Da nichtmetallische harte und spröde Materialien viele Metallmaterialien haben, ist es schwierig, ihre hervorragenden Eigenschaften zu vergleichen. Ihr Anwendungsbereich wurde schrittweise von der traditionellen Bauindustrie, der Handwerksindustrie auf die Luft- und Raumfahrtindustrie, den Maschinenbau, die Automobilindustrie, die Elektronikindustrie, die chemische Industrie und andere ausgeweitet Felder. Nichtmetallische harte und spröde Materialien und die kontinuierliche Ausweitung des Anwendungsbereichs ihrer Verarbeitung weisen eine geringe Effizienz und hohe Kosten auf. Der Widerspruch tritt immer stärker in den Vordergrund, was dazu führt, dass die derzeitigen traditionellen Verarbeitungsmethoden nicht an die Bedürfnisse vieler Branchen angepasst werden können. Laserenergiedichte von bis zu 108 ~ 1010 W/cm2, direkte Wirkung auf die lokale Oberfläche nichtmetallischer harter und spröder Materialien, was zu einer sofortigen Energieerzeugung durch das bei hoher Temperatur schmelzende Material führt oder direkt die molekulare Bindung des Materials zerstört. Im Vergleich zu herkömmlichen Verarbeitungsmethoden kann die 8- bis 20-fache Effizienz, die 20 bis 30 Prozent des Materials einspart, die Produktionskosten erheblich senken, die Verarbeitungsgenauigkeit und Produktqualität verbessern, bietet aber auch die Möglichkeit, den Produktionszyklus selektiv zu verkürzen Verarbeitung und Präzisionsbearbeitung und andere Vorteile.

Herkömmliche Laser zur Bearbeitung harter und spröder Materialien werden für Nanosekundenlaser verwendet. Die Impulsbreite beträgt im Allgemeinen mehr als 5 ns, das Volumen ist groß, die Umweltanforderungen sind hoch, die Stabilität ist schlecht und die thermischen Effekte sind für viele Materialien nicht ideal. Darüber hinaus weisen Pikosekunden- und Femtosekundenlaser eine bessere Leistung bei der Mikrobearbeitung auf, sind jedoch teuer und sperrig.

Hochleistungs-Hochfrequenz-Subnanosekundenlaser sind eine Klasse kostengünstiger quasi-ultraschneller Laser, die die Verarbeitungsgenauigkeit von Pikosekundenlasern mit dem Preisvorteil gewöhnlicher Nanosekundenlaser kombinieren, die im Bereich der Präzision breite Anwendungsaussichten haben Mikrobearbeitung und werden von Industriekunden bevorzugt.

Prinzipielle Einführung
Die Mikrobearbeitung harter und spröder Materialien besteht in der Regel aus einem Laser, einer CCD-Kamera, einem optischen Laserkollimations- und Fokussierungs- und Abbildungssystem, einem Galvanometer-Steuerungssystem oder einer mehrdimensionalen mobilen Drehplattform, einem Eingabe-/Ausgabe-Steuerungsmodul, einem Computer und Steuerungssoftware. Nutzung der Hochenergieeigenschaften von Lasern durch die Wechselwirkung von Photonen und Materialien, um Materialmarkierungen, Stanzen, Ritzen, Schneiden, interne Schnitzereien und andere Bearbeitungen zu erreichen; Aufgrund seiner hohen Effizienz, hohen Präzision, Berührungslosigkeit und anderer Vorteile wird es häufig in der Mikroelektronik, der mikromechanischen und mikrooptischen Verarbeitung und anderen Bereichen eingesetzt.

Anwendungsmarkt
Harte und spröde Materialien können grob unterteilt werden in: Mikrobearbeitung von Halbleitermaterialien, Mikrobearbeitung von Keramikmaterialien, Markieren und Ritzen von Diamanten und Edelsteinen, Mikrobearbeitung von transparenten Materialien (gehärtetes Glas, Saphirglas usw.), Ablation von Dünnschichtmaterialien, transparente leitfähige Oxide und Dielektrika Ablation usw.