硬脆材料微加工中常存在材料易崩裂、刀具磨損嚴(yán)重、加工效率低等不足,引入超短脈沖激光微加工技術(shù),通過光-熱-力效應(yīng)引發(fā)材料去除,可有效克服上述加工難題。以羥基磷灰石生物陶瓷、氧化鋁工程陶瓷、單晶硅三種典型硬脆材料為加工對象,探索基于皮秒激光的微加工工藝方法,嘗試?yán)眉す飧汕�、液體輔助、化學(xué)輔助等不同手段,完成微槽、微孔等結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量加工,并分析微加工表面特征形貌,評估工藝方法可行性。 

【文章來源】：電加工與模具. 2020,(01)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

皮秒激光微加工系統(tǒng)

利用此套微加工系統(tǒng)，可在半導(dǎo)體、陶瓷等硬脆材料上實現(xiàn)微槽、微孔等結(jié)構(gòu)的精細(xì)加工。針對微槽結(jié)構(gòu)，采用掃描振鏡往復(fù)運動方式，配合適當(dāng)激光與運動參數(shù)實現(xiàn)。圖2是針對微孔結(jié)構(gòu)采用的打孔方案，激光束焦平面沿材料厚度方向進(jìn)給，同時在每一個厚度層面，光斑沿同心圓路徑由內(nèi)而外多次掃描，直至結(jié)束。在打孔過程中可引入輔助溶液，圖2a所示Ⅰ、Ⅱ兩種液面高度依次對應(yīng)浸入式液下激光打孔、半浸入式溶液輔助激光打孔；而當(dāng)液面與材料脫離接觸后，可視為圖2a所示Ⅲ的激光干切加工。2 超短皮秒脈沖激光微加工試驗

氧化鋁陶瓷因耐高溫、耐腐蝕、耐磨損，被廣泛應(yīng)用于MEMS器件、航空航天等領(lǐng)域[2-3]；然而，作為一種典型硬脆材料，傳統(tǒng)加工方法伴隨著加工效率低、刀具磨損嚴(yán)重、易產(chǎn)生微裂紋等不足。將超短脈沖激光加工技術(shù)運用于氧化鋁陶瓷材料微打孔方面，可高效精密地加工出高質(zhì)量、大深徑比微孔。采用圖2a所示Ⅲ的無液體輔助干切加工方式，得到的皮秒激光加工微孔結(jié)果見圖4�？芍�，微孔入口直徑約80μm，邊緣清晰，無明顯熔渣堆積、變色區(qū)域及熱損傷區(qū)域，出口直徑遠(yuǎn)小于入口，微孔錐度約3.5°；同時觀察發(fā)現(xiàn)，微孔側(cè)壁密布有亞微米尺度細(xì)小顆粒，可能是由側(cè)壁上殘留的熔融態(tài)物質(zhì)再凝固而得。


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