Molibdenul (Mo) este un material metalic unic. Deși în general apare ca un metal alb argintiu-neremarcabil, proprietățile sale fizice și chimice stabile îi permit să fie utilizat pe scară largă în scenarii de-temperatură ridicată și de stres-înalte. Este o materie primă indispensabilă pentru industrii precum aerospațială, energie nucleară, semiconductori și medicina de precizie. În consecință, prelucrarea molibdenului este extrem de dificilă; în special, atunci când se efectuează prelucrări de-precizie înaltă cu micro-găuri pe molibden, majoritatea proceselor tradiționale se străduiesc să îndeplinească cerințele.
Fiind un proces de prelucrare cu precizie de ultimă oră-micron-, tehnologia laser femtosecundă oferă avantaje precum procesarea la rece (ablația la rece), funcționarea fără stres-, independența materialului și precizie ridicată, jucând un rol semnificativ în micro-nanoproducția în diverse domenii. Mai exact, caracteristica independentă de material-a laserelor femtosecunde rezolvă în mod eficient provocarea cu care se confruntă procesele tradiționale atunci când prelucrează micro-găuri precise în molibden.
Ce este un laser femtosecundă?
Laserul femtosecunde se referă la un laser cu o lățime a impulsului la nivelul femtosecundei. O femtosecundă este o unitate de timp, unde 1 femtosecundă=10⁻¹⁵ secunde. Dacă ne-am deplasa cu viteza luminii, deplasarea în 1 femtosecundă ar fi de 0,3μm, demonstrând că 1 femtosecundă este o durată extrem de scurtă.
Cu alte cuvinte, durata scurtă de un singur-impuls a unui laser de femtosecundă permite o putere de vârf extrem de mare. Prin urmare, poate obține îndepărtarea instantanee a materialului țintă, rezultând efecte de prelucrare, cum ar fi o zonă afectată de căldură-minimă (HAZ), nici un strat de turnare și nici micro-fisuri.
De ce are nevoie molibdenul de lasere femtosecunde?
Molibdenul posedă proprietăți fizice și chimice stabile, ceea ce îl face aplicabil pe scară largă în scenarii de-temperatură ridicată și de stres-înalt. Cu toate acestea, în mod corespunzător, prelucrarea molibdenului este extrem de dificilă. Mai exact:
1. Rezistență ridicată și duritate ridicată:
Molibdenul este un metal de tranziție cu forțe de legare interatomică foarte puternice, permițându-i să mențină rezistența și duritatea ridicate atât la temperatura camerei, cât și la temperaturi ridicate. Prin urmare, în câmpurile de-temperatura extrem de înaltă și de presiune înaltă-, cum ar fi aerospațiale și semiconductori, molibdenul este adesea ales ca materie primă pentru duze. Atunci când prelucrarea mecanică tradițională este aplicată pe molibden, uneltele de tăiere sau burghiile sunt predispuse la uzură rapidă. În plus, procesul generează cu ușurință stres de contact sau temperaturi ridicate localizate, ceea ce duce la ciobirea marginilor micro-găurilor și inducerea micro-fisurilor.
2. Punct de topire ridicat:
Punctul de topire al molibdenului este de până la 2623 de grade și este rezistent la ablația la temperatură înaltă-; prin urmare, prelucrarea acestuia necesită o densitate energetică extrem de mare. Laserele obișnuite, atunci când procesează molibden, sunt extrem de predispuse să provoace o zonă mare-afectată de căldură (HAZ), ducând la defecte precum cratere sau margini din dinți de ferăstrău de-a lungul marginilor tăiate.
Pe scurt, caracteristicile molibdenului ca fiind dur și refractar fac ca prelucrarea de precizie a materialului, în special prelucrarea de înaltă{0}}precizie cu micro-găuri, să fie excepțional de dificilă. Procesele tradiționale de găurire și laserele obișnuite sunt în mare parte incapabile să îndeplinească cerințele.
Echipamente de prelucrare cu laser de precizie micro și nano
Tehnologia laser femtosecundă nu este doar o simplă actualizare a laserelor convenționale; mai degrabă, reprezintă o descoperire în principiile de procesare înrădăcinate în explorarea și dezvoltarea continuă a scării micronului. Este deosebit de potrivit-pentru cerințele de produs care implică micro-găuri de micro-, tăiere și gravare. În consecință, chiar și atunci când se confruntă cu materiale greu-de-de prelucrat, cum ar fi molibdenul, laserele femtosecunde pot gestiona sarcina cu ușurință și precizie.
Acest lucru se datorează faptului că laserele femtosecunde funcționează la extreme în ceea ce privește densitatea energiei, timpul de interacțiune, scara spațială și scara controlabilă a absorbției de energie de către material. Ca urmare, efectele fizice și mecanismele de interacțiune utilizate în timpul procesului de fabricație sunt fundamental diferite de procesele tradiționale de interacțiune cu materialele laser-. Prin urmare, ele permit prelucrarea cu precizie supremă a micro-găurilor din molibden. Mai exact:
1. Dimensiunea gaurii:
Procesarea laser cu femtosecundă a materialelor subțiri de molibden este în general limitată la o grosime de 2 mm. În prezent, într-un interval adecvat de grosimi, laserele cu femtosecundă pot prelucra diametre minime ale găurilor de 3μm pentru găurile conice și 20μm pentru găurile verticale. Acesta este semnificativ mai mic decât procesele tradiționale de prelucrare de precizie, extinzând astfel domeniul de aplicare al micro-găurilor din molibden.
2. Verticalitatea peretelui lateral:
Laserele femtosecunde pot prelucra atât găuri conice, cât și găuri verticale. În special pentru cerințe specifice, flexibilitatea conicității controlabile oferită de laserele femtosecunde oferă un avantaj distinct, permițând un control mai bun asupra trecerii mediilor, cum ar fi ionii, gazele și lichidele.
3. Precizie dimensională:
Laserele femtosecunde pot atinge diametrul găurii sau precizia de tăiere cu ± 1 μm, un standard pe care laserele tradiționale sau procesele de prelucrare convenționale nu îl pot îndeplini. Este o metodă de procesare relativ apropiată de tehnicile de precizie la nivel de nanometri-cum ar fi FIB (Focused Ion Beam) și fotolitografia, care servește drept punte de legătură între micrometrul și scara nanometrică.
4. Calitatea procesării:
Prelucrarea cu laser de femtosecundă este o metodă de „ablație la rece” (procesare la rece), capabilă să realizeze prelucrarea cu micro{-găuri la nivel de microni, fără bavuri-, fără fisuri- și cu pereți laterali netezi. Rugozitatea peretelui interior al acestor micro-găuri poate fi garantată cu Ra 0,4μm sau chiar până la 0,2μm. Această caracteristică permite micro-găurilor de molibden procesate de laserele femtosecunde să exceleze în domeniul optic, îndeplinind cerințele de procesare pentru deschiderile din echipamentele de imagine-de ultimă generație sau semiconductori.