Молибден (Mo) – уникальный металлический материал. Хотя обычно он выглядит как ничем не примечательный серебристо--белый металл, его стабильные физические и химические свойства позволяют широко использовать его в условиях высоких-температур и сильных-напряжений. Это незаменимое сырье для таких отраслей, как аэрокосмическая, атомная энергетика, полупроводники и точная медицина. Следовательно, обработка молибдена чрезвычайно сложна; в частности, при выполнении высокоточной-обработки микро-отверстий в молибдене большинство традиционных процессов с трудом отвечают этим требованиям.
Фемтосекундная лазерная технология, являющаяся передовым процессом обработки с-микронной- точностью, предлагает такие преимущества, как холодная обработка (холодная абляция), работа-без стресса, независимость от материалов и высокая точность, играя значительную роль в микро-нанопроизводстве в различных областях. В частности,-независимая от материала характеристика фемтосекундных лазеров эффективно решает проблему, с которой сталкиваются традиционные процессы при обработке точных микро-отверстий в молибдене.
Что такое фемтосекундный лазер?
Фемтосекундный лазер относится к лазеру с шириной импульса на фемтосекундном уровне. Фемтосекунда — единица времени, где 1 фемтосекунда=10⁻¹⁵ секунды. Если бы мы двигались со скоростью света, смещение за 1 фемтосекунду составило бы 0,3 мкм, демонстрируя, что 1 фемтосекунда — это чрезвычайно короткая продолжительность.
Другими словами, короткая длительность одиночного-импульса фемтосекундного лазера обеспечивает чрезвычайно высокую пиковую мощность. Таким образом, он может обеспечить мгновенное удаление целевого материала, что приводит к таким эффектам обработки, как минимальная зона термического воздействия (HAZ), отсутствие повторно отлитого слоя и отсутствие микро-трещин.
Зачем молибдену нужны фемтосекундные лазеры?
Молибден обладает стабильными физическими и химическими свойствами, что делает его широко применимым в условиях высоких-температур и высоких-напряжений. Однако, соответственно, механическая обработка молибдена чрезвычайно сложна. Конкретно:
1. Высокая прочность и высокая твердость:
Молибден — переходный металл с очень сильными силами межатомной связи, что позволяет ему сохранять высокую прочность и твердость как при комнатной, так и при повышенных температурах. Поэтому в областях экстремально высоких-температур и-давлений, таких как аэрокосмическая промышленность и полупроводниковая промышленность, в качестве сырья для сопел часто выбирают молибден. Когда к молибдену применяется традиционная механическая обработка, режущие инструменты или сверла склонны к быстрому износу. Кроме того, этот процесс легко создает контактное напряжение или локальные высокие температуры, что приводит к сколам по краям микро-отверстий и образованию микро-трещин.
2. Высокая температура плавления:
Температура плавления молибдена достигает 2623 градусов, и он устойчив к высокотемпературной абляции; поэтому для его обработки требуется чрезвычайно высокая плотность энергии. Обычные лазеры при обработке молибдена чрезвычайно склонны к образованию большой зоны термического воздействия (ЗТВ), что приводит к появлению таких дефектов, как кратеры или пилообразные края по краям разреза.
Короче говоря, твёрдость и тугоплавкость молибдена делают прецизионную обработку материала, особенно высокоточную-прецизионную обработку микро-отверстий, исключительно сложной. Традиционные процессы сверления и обычные лазеры в большинстве случаев не отвечают этим требованиям.
Оборудование для прецизионной лазерной обработки микро и нано
Фемтосекундная лазерная технология — это не просто модернизация обычных лазеров; скорее, он представляет собой прорыв в принципах обработки, основанный на непрерывном исследовании и развитии микронного масштаба. Он особенно хорошо-подходит для изготовления изделий, требующих создания микронных-микро-отверстий, резки и травления. Следовательно, даже при обработке трудно--материалов, таких как молибден, фемтосекундные лазеры могут справиться с этой задачей легко и точно.
Это связано с тем, что фемтосекундные лазеры работают в экстремальных условиях с точки зрения плотности энергии, времени взаимодействия, пространственного масштаба и контролируемого масштаба поглощения энергии материалом. В результате физические эффекты и механизмы взаимодействия, используемые в процессе производства, принципиально отличаются от традиционных лазерных-процессов взаимодействия материалов. Таким образом, они обеспечивают максимальную точность обработки молибденовых микро-отверстий. Конкретно:
1. Размер отверстия:
Фемтосекундная лазерная обработка тонких молибденовых материалов обычно ограничивается толщиной в пределах 2 мм. В настоящее время в подходящем диапазоне толщины фемтосекундные лазеры могут обрабатывать отверстия диаметром минимум 3 мкм для конических отверстий и 20 мкм для вертикальных отверстий. Это значительно меньше, чем при традиционных процессах прецизионной обработки, что расширяет область применения молибденовых микро-отверстий.
2. Вертикальность боковины:
Фемтосекундные лазеры могут обрабатывать как конические, так и вертикальные отверстия. В частности, для особых требований гибкость управляемого сужения, обеспечиваемая фемтосекундными лазерами, обеспечивает явное преимущество, позволяя лучше контролировать прохождение таких сред, как ионы, газы и жидкости.
3. Точность размеров:
Фемтосекундные лазеры могут обеспечить диаметр отверстия или точность резки в пределах ±1 мкм, что является стандартом, которому не могут соответствовать традиционные лазеры или традиционные процессы обработки. Это метод обработки, относительно близкий к методам точности нанометрового-уровня, таким как FIB (сфокусированный ионный луч) и фотолитография, служащий мостом, соединяющим микрометровый и нанометровый масштабы.
4. Качество обработки:
Обработка фемтосекундным лазером — это метод "холодной абляции" (холодной обработки), позволяющий добиться обработки микро-отверстий микронного-уровня без заусенцев-без трещин-и с гладкими боковыми стенками. Шероховатость внутренней стенки этих микро-отверстий может быть гарантирована в пределах Ra 0,4 мкм или даже всего 0,2 мкм. Эта характеристика позволяет микро-отверстиям молибдена, обработанным фемтосекундными лазерами, превосходно работать в оптическом поле, отвечая требованиям обработки апертур в высокотехнологичном оборудовании для обработки изображений или полупроводниках.