Piikarbidikiekon kuutioiminen

1. Hiomalaikan kirjoitus
Hiomalaikan kuutiokone ajaa terän pyörimään suurella nopeudella aerostaattisen sähkökaran läpi materiaalien voimakkaan hionnan saavuttamiseksi. Käytettyjen terien leikkuureunat on päällystetty korundihiukkasilla. Korundin Mohsin kovuus on 10, mikä on vain hieman korkeampi kuin SiC:n kovuus 9,5. Toistuva hidas hionta ei ole vain aikaa vievää ja työlästä, vaan se aiheuttaa myös työkalun toistuvaa kulumista. Esimerkiksi 100 mm:n (4 tuuman) SiC-kiekon leikkaaminen kestää 6-8 tuntia, ja siitä on helppo aiheuttaa halkeamisvirheitä. Siksi tämä perinteinen tehoton käsittelymenetelmä on vähitellen korvattu laserkirjoituksella.
2. Täysi lasermerkintä
Laserviivaus on prosessi, jossa käytetään korkeaenergistä lasersädettä työkappaleen pinnan säteilyttämiseen, jotta säteilytetty alue sulaa ja höyrystyy paikallisesti, jolloin saadaan aikaan materiaalin poisto ja naarmuuntuminen. Laserkirjoitus on kosketuksetonta prosessointia, ilman mekaanisia rasitusvaurioita, joustavia käsittelymenetelmiä, ei työkaluhävikkiä ja veden saastumista sekä alhaisia ​​laitteiden ylläpitokustannuksia. Tukikalvon vaurioitumisen välttämiseksi, kun laser piirtää kiekon läpi, käytetään UV-kalvoa, joka kestää korkean lämpötilan ablaatiota.
Tällä hetkellä laserkirjoituslaitteet käyttävät teollisia lasereita, joissa on kolme aallonpituutta 1064 nm, 532 nm ja 355 nm, ja pulssin leveydet nanosekunteja, pikosekunteja ja femtosekunteja. Teoriassa mitä lyhyempi laserin aallonpituus ja lyhyempi pulssin leveys, sitä pienempi on käsittelyn lämpövaikutus, mikä on hyödyllistä mikrotarkkuuskäsittelyssä, mutta kustannukset ovat suhteellisen korkeat. 355 nm:n ultravioletti nanosekunnin laseria käytetään laajalti kypsän teknologiansa, alhaisten kustannusten ja pienen prosessointilämpövaikutuksensa vuoksi. Viime vuosina 1 064 nm pikosekunnin lasertekniikka on kehittynyt nopeasti ja sitä on sovellettu monilla uusilla aloilla hyvillä tuloksilla.
Esimerkiksi 355 nm ultraviolettilaserkäsittelyn lämpövaikutus on pieni, mutta epätäydellisesti höyrystynyt kuona tarttuu ja kerääntyy leikkauslinjaan, jolloin leikkausosa ei ole sileä ja kiinnitetty kuona on helppo pudota myöhemmässä prosessissa, mikä vaikuttaa laitteeseen. esitys. 1064 nm:n pikosekundinen laser ottaa käyttöön suuremman tehon, korkean piirustustehokkuuden, riittävän materiaalinpoiston ja tasaisen poikkileikkauksen, mutta prosessoinnin lämpövaikutus on liian suuri ja sirusuunnittelussa on varattava leveämmät viivauskaistat.
3. Laserpuoliveto
Laserpuolikiinnitys soveltuu paremmin halkeavien materiaalien käsittelyyn. Laserleikkaus leikkaa tiettyyn syvyyteen ja ottaa sitten käyttöön jakamismenetelmän tuottaakseen pituussuunnassa ulottuvan jännityksen leikkauslinjaa pitkin lastujen erottamiseksi. Tällä käsittelymenetelmällä on korkea hyötysuhde, se ei vaadi kalvon kiinnittymistä ja kalvon poistoprosessia ja alhaiset käsittelykustannukset. Piikarbidikiekkojen halkeavuus on kuitenkin huono, eikä sitä ole helppo halkaista. Halkeileva puoli on helppo hakea ja kuonan tarttumisilmiö on edelleen olemassa naarmuuntuneessa osassa.
4. Näkymätön laserleikkaus
Laser-stealth scribing on kohdistaa laser materiaalin sisäpuolelle modifioidun kerroksen muodostamiseksi ja sitten sirun erottaminen halkaisemalla tai laajentamalla kalvoa. Pinnalla ei ole pölysaastetta, lähes materiaalihävikkiä ja käsittelyteho on korkea. Kaksi ehtoa salakirjoituksen saavuttamiselle ovat, että materiaali on laserille läpinäkyvää ja riittävä pulssienergia tuottaa monifotoniabsorption.
Piikarbidin kaistavälienergia Eg huoneenlämpötilassa on noin 3,2 eV, mikä on 5,13×10 -19 J. 1 064 nm laserfotonienergia E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Voidaan nähdä, että laserin fotonienergia 1 064 nm on pienempi kuin piikarbidimateriaalin absorptiokaistaväli ja se on optisesti läpinäkyvä, mikä täyttää näkymätön ehdot kirjoitus. Todellinen läpäisykyky liittyy sellaisiin tekijöihin kuin materiaalin pinnan ominaisuudet, paksuus ja seostusainetyypit. Esimerkkinä kiillotetun piikarbidikiekon, jonka paksuus on 300 μm, mitattu 1064 nm:n laserläpäisevyys on noin 67 %.
Valitaan erittäin lyhyellä pulssileveydellä oleva pikosekundinen laser, ja monifotoniabsorption tuottama energia ei muutu lämpöenergiaksi, vaan aiheuttaa vain tietyn syvyyden modifioitua kerrosta materiaalin sisään. Modifioitu kerros on halkeama-alue, sulamisalue tai taitekertoimen muutosalue materiaalin sisällä. Sitten myöhemmän halkaisuprosessin kautta jyvät erotetaan modifioitua kerrosta pitkin.
Piikarbidimateriaalin halkeavuus on huono, eikä modifioitujen kerrosten välinen etäisyys saa olla liian suuri. Testissä käytetään JHQ-611 automaattista kuutiokonetta ja 350 μm paksua piikarbidikiekkoa 22 kerroksen leikkaamiseen 500 mm/s leikkausnopeudella. Halkeilun jälkeen leikkaus on suhteellisen sileä, pieni lohkeama ja siistit reunat.
5. Vesiohjattu laserleikkaus
Vedenohjauslaser fokusoi laservalon ja ohjaa sen mikrovesipatsaan. Vesipatsaan halkaisija vaihtelee suuttimen aukon mukaan, ja 100-30 μm:n määrityksiä on useita. Vesipatsaan ja ilmarajapinnan välisen kokonaisheijastuksen periaatetta käyttäen laservalo etenee vesipatsaan suuntaan sen jälkeen, kun se on syötetty vesipatsaan.
Se pystyy prosessoimaan alueella, jossa vesipatsas pysyy vakaana, ja erittäin pitkä tehokas työskentelyetäisyys sopii erityisen hyvin paksujen materiaalien leikkaamiseen. Perinteisessä laserleikkauksessa energian kerääntyminen ja johtuminen on suurin syy lämpövaurioihin leikkauslinjan molemmilla puolilla, kun taas vesiohjattu laser poistaa nopeasti jokaisen pulssin jäännöslämmön kertymättä työkappaleeseen toiminnan seurauksena. vesipatsaan, joten leikkaava Tie on puhdas ja siisti.
Näiden etujen perusteella vettä johtava laserleikkaus piikarbidi on teoriassa hyvä valinta, mutta tekniikka on vaikeaa, eikä siihen liittyvien laitteiden kypsyysaste ole korkea. On vaikeaa valmistaa suuttimia herkkinä osina. Jos hienoa vesipatsasta ei voida ohjata tarkasti ja vakaasti, roiskevesipisarat poistavat lastun, mikä vaikuttaa tuottoon. Siksi tätä menetelmää ei ole vielä sovellettu piikarbidikiekkojen valmistukseen.