Ränikarbiidist vahvli kuubikuteks lõikamise meetod

1. Lihvketta kriipsutamine
Lihvketta kuubikuteks lõikamise masin paneb tera pöörlema ​​suurel kiirusel läbi aerostaatilise elektrilise spindli, et saavutada materjalide tugev lihvimine. Kasutatavate terade lõikeservad on kaetud korundiosakestega. Korundi Mohsi kõvadus on 10, mis on vaid veidi kõrgem kui SiC kõvadusega 9,5. Korduv väikese kiirusega lihvimine pole mitte ainult aeganõudev ja töömahukas, vaid põhjustab ka tööriista sagedast kulumist. Näiteks kulub 100 mm (4-tollise) SiC vahvli lõikamiseks 6-8 tundi ja sellest on lihtne tekitada laastude defekte. Seetõttu on see traditsiooniline ebaefektiivne töötlemisviis järk-järgult asendatud laserkirjutamisega.
2. Täielik lasermärgistus
Laserkriipsutamine on protsess, mille käigus kasutatakse suure energiaga laserkiirt töödeldava detaili pinna kiiritamiseks, et kiiritatud ala lokaalselt sulatada ja aurustada, saavutades seeläbi materjali eemaldamise ja kriimustamise. Laserkriipsutamine on kontaktivaba töötlemine, ilma mehaaniliste pingekahjustusteta, paindlike töötlemismeetodite, tööriistakadude ja veereostuseta ning madalate seadmete hoolduskuludeta. Selleks, et vältida tugikile kahjustamist, kui laser läbi plaadi läbib, kasutatakse kõrge temperatuuriga ablatsioonile vastupidavat UV-kilet.
Praegu kasutavad laserkirjutusseadmed tööstuslikke lasereid, millel on kolm lainepikkust 1064 nm, 532 nm ja 355 nm ning impulsi laiused nanosekundites, pikosekundites ja femtosekundites. Teoreetiliselt, mida lühem on laseri lainepikkus ja lühem impulsi laius, seda väiksem on töötlemise termiline efekt, mis on kasulik mikrotäppistöötlusele, kuid maksumus on suhteliselt kõrge. 355 nm ultraviolettkiirgusega nanosekundi laserit kasutatakse laialdaselt selle küpse tehnoloogia, madala hinna ja väikese töötlemise termilise efekti tõttu. Viimastel aastatel on 1 064 nm pikosekundiline lasertehnoloogia kiiresti arenenud ja seda on rakendatud paljudes uutes valdkondades heade tulemustega.
Näiteks 355 nm ultraviolettkiirguse lasertöötluse termiline efekt on väike, kuid mittetäielikult aurustunud räbu kleepub ja koguneb lõikejoonele, muutes lõikeosa mitte siledaks ning kinnitatud räbu on järgnevas protsessis lihtne maha kukkuda, mõjutades seadet. esitus. 1064 nm pikosekundiline laser võtab kasutusele suurema võimsuse, kõrge kirjutusefektiivsuse, piisava materjali eemaldamise ja ühtlase ristlõike, kuid töötlemise termiline efekt on liiga suur ja kiibikujunduses tuleb reserveerida laiemad kirjutusrajad.
3. Laseri poolkäik
Laserpoolkriipsutamine sobib parema lõhustatavusega materjalide töötlemiseks. Laserkriipsutamine lõikab teatud sügavusele ja seejärel võtab laastude eraldamiseks kasutusele pikisuunalise pinge tekitamiseks piki lõikejoont jaotatud meetodit. Sellel töötlemismeetodil on kõrge efektiivsus, kile kleepimise ja eemaldamise protsess pole vajalik ning töötlemiskulud on madalad. Ränikarbiidist vahvlite lõhustamine on aga halb ja seda pole lihtne poolitada. Mõranenud külge on lihtne laastuda ja räbu nakkumise nähtus esineb endiselt kriimustatud osas.
4. Nähtamatu laserlõikus
Laseri varjatud kirjutamine on laseri fokuseerimine materjali siseküljele, et moodustada modifitseeritud kiht, ja seejärel eraldada kiip kilet poolitades või laiendades. Pinnal puudub tolmureostus, peaaegu puudub materjalikadu ja töötlemise efektiivsus on kõrge. Varjatud kirjutamise saavutamiseks on kaks tingimust, et materjal on laserile läbipaistev ja piisav impulsienergia tekitab mitme fotoni neeldumise.
Ränikarbiidi ribavahemiku energia Eg toatemperatuuril on umbes 3,2 eV, mis on 5,13×10 -19 J. 1 064 nm laseri footoni energia E=hc/λ=1 0,87×10 -19 J. On näha, et laseri footoni energia 1 064 nm on väiksem kui ränikarbiidmaterjali neeldumisriba vahe ja see on optiliselt läbipaistev, mis vastab nähtamatute tingimustele. kirjutamine. Tegelik läbilaskvus on seotud selliste teguritega nagu materjali pinna omadused, paksus ja lisandite tüübid. Võttes näiteks poleeritud ränikarbiidist vahvli paksusega 300 μm, on mõõdetud 1064 nm laseri läbilaskvus umbes 67%.
Valitakse ülilühikese impulsslaiusega pikosekundiline laser ning multifotoni neeldumisel tekkivat energiat ei muudeta soojusenergiaks, vaid see tekitab materjali sees ainult teatud sügavuse modifitseeritud kihi. Muudetud kiht on pragude ala, sulamisala või murdumisnäitaja muutuse ala materjali sees. Seejärel eraldatakse terad mööda modifitseeritud kihti järgneva poolitusprotsessi käigus.
Ränikarbiidmaterjali lõhutavus on halb ja modifitseeritud kihtide vaheline kaugus ei tohiks olla liiga suur. Katses kasutatakse JHQ-611 automaatset kuubikuteks lõikamise masinat ja 350 μm paksust SiC vahvlit, et lõigata 22 kihti lõikekiirusega 500 mm/s. Pärast pragunemist on sektsioon suhteliselt sile, väikeste kildudega ja korralikud servad.
5. Vesi juhitav laserlõikus
Veejuhtlaser fokuseerib laservalguse ja suunab selle mikroveesambasse. Veesamba läbimõõt varieerub vastavalt düüsi avale ja 100-30 μm on erinevad spetsifikatsioonid. Kasutades veesamba ja õhuliidese vahelise täieliku peegelduse põhimõtet, levib laservalgus pärast veesambasse viimist piki veesamba suunda.
See suudab töödelda vahemikus, kus veesammas püsib stabiilsena, ja ülipikk efektiivne töökaugus on eriti sobiv paksude materjalide lõikamiseks. Traditsioonilise laserlõikamise puhul on mõlemal pool lõikejoont tekitavate termiliste kahjustuste peamiseks põhjuseks energia akumuleerumine ja juhtivus, samas kui vesijuhitav laser võtab kiiresti iga impulsi jääksoojuse ära, ilma et see töö tõttu töödeldavale detailile koguneks. veesambast, nii lõikamine Tee on puhas ja korralik.
Nende eeliste põhjal on vett juhtiv laserlõikav ränikarbiid teoreetiliselt hea valik, kuid tehnoloogia on keeruline ja seotud seadmete küpsus ei ole kõrge. Düüside valmistamine haavatavate osadena on keeruline. Kui peent veesammast ei saa täpselt ja stabiilselt juhtida, eemaldavad pritsitud veepiisad laastu, mõjutades saagikust. Seetõttu ei ole seda protsessi ränikarbiidist vahvlite tootmisel veel rakendatud.