Molybdén (Mo) je jedinečný kovový materiál. Hoci sa vo všeobecnosti javí ako nevýrazný strieborný-biely kov, jeho stabilné fyzikálne a chemické vlastnosti umožňujú jeho široké použitie v situáciách s vysokou-teplotou a vysokým-stresom. Je to nenahraditeľná surovina pre priemyselné odvetvia, ako je letectvo, jadrová energetika, polovodiče a presná medicína. V dôsledku toho je obrábanie molybdénu mimoriadne náročné; najmä pri vykonávaní vysoko{6}}presného mikro{7}}obrábania otvorov na molybdéne väčšina tradičných procesov má problém splniť požiadavky.
Technológia femtosekundového lasera ako špičkový proces presného obrábania na úrovni mikrónov-ponúka výhody, ako je spracovanie za studena (ablácia za studena), prevádzka bez stresu-, nezávislosť od materiálu a vysoká presnosť, pričom zohráva významnú úlohu vo výrobe mikro-nano v rôznych oblastiach. Konkrétne, materiálová-nezávislá charakteristika femtosekundových laserov efektívne rieši problém, ktorému čelia tradičné procesy pri obrábaní presných mikro-dier v molybdéne.
Čo je to Femtosekundový laser?
Femtosekundový laser označuje laser so šírkou impulzu na úrovni femtosekundy. Femtosekunda je jednotka času, pričom 1 femtosekunda=10⁻¹⁵ sekundy. Ak by sme sa pohybovali rýchlosťou svetla, posun za 1 femtosekundu by bol 0,3 μm, čo dokazuje, že 1 femtosekunda je extrémne krátke trvanie.
Inými slovami, krátke trvanie jedného-pulzu femtosekundového lasera umožňuje extrémne vysoký špičkový výkon. Preto môže dosiahnuť okamžité odstránenie cieľového materiálu, čo má za následok efekty obrábania, ako je minimálna tepelne -ovplyvnená zóna (HAZ), žiadna pretavená vrstva a žiadne mikro-trhliny.
Prečo molybdén potrebuje femtosekundové lasery?
Molybdén má stabilné fyzikálne a chemické vlastnosti, vďaka čomu je široko použiteľný pri vysokých{0}}teplotách a vysokom{1}}strese. V súlade s tým je však obrábanie molybdénu mimoriadne náročné. konkrétne:
1. Vysoká pevnosť a vysoká tvrdosť:
Molybdén je prechodný kov s veľmi silnými medziatómovými väzbovými silami, čo mu umožňuje udržať si vysokú pevnosť a tvrdosť pri izbovej teplote aj pri zvýšených teplotách. Preto sa v poliach s extrémne vysokou-teplotou a vysokým{2}}tlakom, ako sú letectvo a polovodiče, často ako surovina pre trysky vyberá molybdén. Keď sa na molybdén aplikuje tradičné mechanické obrábanie, rezné nástroje alebo vrtáky sú náchylné na rýchle opotrebovanie. Okrem toho tento proces ľahko generuje kontaktné napätie alebo lokalizované vysoké teploty, čo vedie k vylamovaniu okrajov mikro-dier a indukcii mikro-trhlín.
2. Vysoký bod topenia:
Teplota topenia molybdénu je až 2623 stupňov a je odolný voči vysokoteplotnej ablácii; preto jeho spracovanie vyžaduje extrémne vysokú hustotu energie. Bežné lasery sú pri spracovaní molybdénu mimoriadne náchylné na vznik veľkej tepelne-ovplyvnenej zóny (HAZ), čo vedie k defektom, ako sú krátery alebo okraje pílových zubov pozdĺž okrajov rezu.
Stručne povedané, vlastnosti molybdénu, ktorý je tvrdý a žiaruvzdorný, robia presné opracovanie materiálu, najmä vysoko{0}}precízne mikro-otvory, mimoriadne náročné. Tradičné procesy vŕtania a bežné lasery väčšinou nedokážu splniť požiadavky.
Mikro a nano presné laserové zariadenia na spracovanie
Femtosekundová laserová technológia nie je len jednoduchým vylepšením konvenčných laserov; skôr predstavuje prelom v princípoch spracovania zakorenených v neustálom skúmaní a vývoji mikrónovej stupnice. Je obzvlášť vhodný pre-požiadavky na produkty zahŕňajúce mikrónové-mikro{3}}dierky na úrovni, rezanie a leptanie. V dôsledku toho, aj keď čelíme ťažko{5}}obrobiteľným-materiálom, ako je molybdén, femtosekundové lasery zvládnu túto úlohu ľahko a presne.
Je to preto, že femtosekundové lasery pracujú v extrémoch, pokiaľ ide o hustotu energie, čas interakcie, priestorovú mierku a kontrolovateľný rozsah absorpcie energie materiálom. V dôsledku toho sa fyzikálne efekty a mechanizmy interakcie používané počas výrobného procesu zásadne líšia od tradičných procesov interakcie laserových-materiálov. Preto umožňujú maximálne presné obrábanie molybdénových mikro-dier. konkrétne:
1. Veľkosť otvoru:
Spracovanie tenkých molybdénových materiálov femtosekundovým laserom je všeobecne obmedzené na hrúbku do 2 mm. V súčasnosti vo vhodnom rozsahu hrúbok môžu femtosekundové lasery obrábať minimálne priemery otvorov 3 μm pre kónické otvory a 20 μm pre vertikálne otvory. To je podstatne menšie ako tradičné procesy presného obrábania, čím sa rozširuje rozsah použitia molybdénových mikro-otvorov.
2. Vertikálnosť bočnej steny:
Femtosekundové lasery dokážu obrábať kónické aj vertikálne diery. Najmä pre špecifické požiadavky poskytuje flexibilita ovládateľného zúženia, ktorú ponúkajú femtosekundové lasery, výraznú výhodu, ktorá umožňuje lepšiu kontrolu nad priechodom médií, ako sú ióny, plyny a kvapaliny.
3. Presnosť rozmerov:
Femtosekundové lasery môžu dosiahnuť priemer otvoru alebo presnosť rezu v rozmedzí ±1 μm, čo je štandard, ktorý tradičné lasery alebo konvenčné obrábacie procesy nedokážu splniť. Ide o metódu spracovania, ktorá je relatívne blízka technikám presnosti na-úrovni nanometrov, ako je FIB (Focused Ion Beam) a fotolitografia, ktorá slúži ako most spájajúci mikrometrové a nanometrové stupnice.
4. Kvalita spracovania:
Spracovanie femtosekundovým laserom je metóda „studenej ablácie“ (spracovanie za studena), pomocou ktorej je možné dosiahnuť mikro{0}}mikro{1}}opracovanie otvorov na úrovni mikrónových otvorov, ktoré je bez otrepov-, bez prasklín- a má hladké bočné steny. Drsnosť vnútornej steny týchto mikro-otvorov môže byť zaručená v rámci Ra 0,4 μm alebo dokonca len 0,2 μm. Táto vlastnosť umožňuje, aby molybdénové mikro-otvory spracované femtosekundovými lasermi vynikli v optickom poli, čím spĺňajú požiadavky na spracovanie otvorov v špičkových{10}}zobrazovacích zariadeniach alebo polovodičoch.