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                紫外加工对脆性材料效果如何?

                激光制造技术是以激光的高能量与材料之间发生物理作用,对材料进行气化、烧蚀、改性等来实现材料加工效果。如今激光加工迅速进入到各行各业,目前仍然以金属材料加工为主,占据整个激光加工应用超过80%以上的份额。由于铁、铜、铝以及对应合金等金属为硬质材料,与激光的作用效果较好,故容易适用激光加工。对于一些普通的金属激光切割、焊接应用,可能只需了解对应的光功率就可以了,对加工的研究要求其实不会很严格。

                 

                但事实上,生活中以及高端制造领域使用了非常多的非金属材料,比如软性材料、热塑性材料、热敏材料、陶瓷材料、半导体材料以及玻璃等脆性材料。这些材料如果要采用激光加工,那么对光束性质、烧蚀程度以及材料破损控制的要求就很严格,而且常常是要求达到超精细加工,甚至是微纳级别的。采用常见的红外激光器往往难以达到效果,紫外激光器是个非常合适的选择。

                 
                紫外激光器技术用途多样
                 

                紫外激光是指输出的光束位于紫外光谱、肉眼不可见的光,目前常见的工业用紫外激光器有固体晶体紫外激光器以及气体紫外激光器两种。对红外全固体激光器进行三倍频可得到紫外激光输出,波长较多为355nm,目前脉宽已经从纳秒成功发展到皮秒级。气体紫外激光器常见的是准分子激光器,主要可以用于眼科手术、芯片光刻制作等。近几年光纤激光器也逐步开发出紫外波段的产品了,以皮秒紫外光纤激光器最具代表性。

                由于紫外激光器在倍频转化热量损失多,成本仍然高,目前要做更高功率还是有一定难度。紫外激光常常被认为是一种冷光源,所以紫外激光加工也被称作是冷加工,非常适用于脆性材料的加工。

                 

                紫外激光的常见脆性加工
                 
                玻璃是生活中大量应用的一种材料,从水杯、酒杯、容器到玻璃饰品,在玻璃上的图案制作往往是个难题,传统的加工常常会造成玻璃损坏率高,紫外激光是十分适合于玻璃表面的打标、图案制作的,并且能实现超精细制作。紫外激光打标弥补以往加工精度不高、制图困难、损坏工件、污染环境等种种不足,以其特有的加工优势成为玻璃制品加工的新宠,被各酒水杯、工艺礼品等行业列入必备的加工工具。

                 

                陶瓷材料大量运用于建筑、器皿、装饰品等,但其实陶瓷也在电子产品器件上有很多应用,比如此前就有手机商家推出了陶瓷后盖板,在移动通信、光通信、电子产品领域广泛使用的陶瓷插芯、陶瓷基片、陶瓷封装基座、指纹识别系统的陶瓷盖板等。这些陶瓷元器件的制作越加精细,采用紫外激光切割是目前较为理想的选择。紫外激光对于一些陶瓷薄片加工精度非常高,不会造成陶瓷碎裂,并且一次成形不需要二次打磨,未来将会得到更多应用。

                紫外激光晶圆切割:蓝宝石基板表面坚硬,一般刀轮很难对其进行切割,且磨耗大,良率低,切割道更大于30 μm,不仅降低了使用面积,而且减少了产品的产量。在蓝白光LED产业的推动下,蓝宝石基板晶圆切割的需求量大增,对提高生产率、成品合格率提出了更高的要求。紫外激光切割晶圆能实现高精度切割,切口平滑,良品率大大提升。

                石英切割一直是工业上的难题,在传统的加工方法中最常用的就是“金刚砂石锯片”,也就是通过“硬碰硬“的办法来加工。石英非常脆,加工难度很高,金钢砂石锯片就是耗材。

                紫外激光器有着±0.02mm的超高精度,完全可以保证精确的切割需求。在面对石英切割时,精确控制功率,可以让切面非常光滑,而且速度要比手工加工快很多。参数都可以通过全数字显示,通过计算机精确调整不同参数,准确之余更加直观,上手难度要比手工切割低不少。

                 

                关键词:激光切割 紫外激光切割 激光控制

                 

                 

                2021-10-25
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