硬脆材料皮秒激光微加工试验研究

发布时间：2021-12-16 00:04

　　硬脆材料微加工中常存在材料易崩裂、刀具磨损严重、加工效率低等不足,引入超短脉冲激光微加工技术,通过光-热-力效应引发材料去除,可有效克服上述加工难题。以羟基磷灰石生物陶瓷、氧化铝工程陶瓷、单晶硅三种典型硬脆材料为加工对象,探索基于皮秒激光的微加工工艺方法,尝试利用激光干切、液体辅助、化学辅助等不同手段,完成微槽、微孔等结构的高质量加工,并分析微加工表面特征形貌,评估工艺方法可行性。 

【文章来源】：电加工与模具. 2020,(01)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

皮秒激光微加工系统

利用此套微加工系统，可在半导体、陶瓷等硬脆材料上实现微槽、微孔等结构的精细加工。针对微槽结构，采用扫描振镜往复运动方式，配合适当激光与运动参数实现。图2是针对微孔结构采用的打孔方案，激光束焦平面沿材料厚度方向进给，同时在每一个厚度层面，光斑沿同心圆路径由内而外多次扫描，直至结束。在打孔过程中可引入辅助溶液，图2a所示Ⅰ、Ⅱ两种液面高度依次对应浸入式液下激光打孔、半浸入式溶液辅助激光打孔；而当液面与材料脱离接触后，可视为图2a所示Ⅲ的激光干切加工。2 超短皮秒脉冲激光微加工试验

氧化铝陶瓷因耐高温、耐腐蚀、耐磨损，被广泛应用于MEMS器件、航空航天等领域[2-3]；然而，作为一种典型硬脆材料，传统加工方法伴随着加工效率低、刀具磨损严重、易产生微裂纹等不足。将超短脉冲激光加工技术运用于氧化铝陶瓷材料微打孔方面，可高效精密地加工出高质量、大深径比微孔。采用图2a所示Ⅲ的无液体辅助干切加工方式，得到的皮秒激光加工微孔结果见图4。可知，微孔入口直径约80μm，边缘清晰，无明显熔渣堆积、变色区域及热损伤区域，出口直径远小于入口，微孔锥度约3.5°；同时观察发现，微孔侧壁密布有亚微米尺度细小颗粒，可能是由侧壁上残留的熔融态物质再凝固而得。


本文编号：3537379