Молибденът (Mo) е уникален метален материал. Въпреки че обикновено изглежда като незабележим сребристо-бял метал, неговите стабилни физични и химични свойства му позволяват да бъде широко използван при висока-температура и висок-стрес. Това е незаменима суровина за индустрии като аерокосмическата, ядрената енергетика, полупроводниците и прецизната медицина. Следователно обработката на молибден е изключително трудна; по-специално, когато се извършва високо{6}}прецизна обработка на микро-отвори върху молибден, повечето традиционни процеси се борят да отговорят на изискванията.
Като авангарден процес на обработка с -микронно-прецизно ниво, фемтосекундната лазерна технология предлага предимства като студена обработка (студена аблация),-работа без напрежение, независимост от материала и висока прецизност, играейки важна роля в микро{3}}нанопроизводството в различни области. По-конкретно, независимата от материала-характеристика на фемтосекундните лазери ефективно решава предизвикателството, пред което са изправени традиционните процеси при обработката на прецизни микро-отвори в молибден.
Какво е фемтосекунден лазер?
Фемтосекундният лазер се отнася до лазер с ширина на импулса на фемтосекундно ниво. Фемтосекунда е единица време, където 1 фемтосекунда=10⁻¹⁵ секунди. Ако се движим със скоростта на светлината, изместването за 1 фемтосекунда ще бъде 0,3 μm, което показва, че 1 фемтосекунда е изключително кратка продължителност.
С други думи, кратката единична -продължителност на импулса на фемтосекунден лазер позволява изключително висока пикова мощност. Следователно, той може да постигне мигновено отстраняване на целевия материал, което води до ефекти на машинна обработка като минимална зона, засегната от топлина (HAZ), липса на преработен слой и никакви микро-пукнатини.
Защо молибденът се нуждае от фемтосекундни лазери?
Молибденът притежава стабилни физични и химични свойства, което го прави широко приложим при сценарии с висока-температура и висок-стрес. Съответно обаче обработката на молибден е изключително трудна. По-конкретно:
1. Висока якост и висока твърдост:
Молибденът е преходен метал с много силни междуатомни свързващи сили, което му позволява да поддържа висока якост и твърдост както при стайна температура, така и при повишени температури. Ето защо, в полета с изключително високи-температури и високо-налягане, като космическата промишленост и полупроводниците, молибденът често се избира като суровина за дюзи. Когато традиционната механична обработка се прилага към молибден, режещите инструменти или свредлата са склонни към бързо износване. Освен това, процесът лесно генерира контактно напрежение или локализирани високи температури, което води до отчупване на ръбове на микро-дупки и индуциране на микро-пукнатини.
2. Висока точка на топене:
Точката на топене на молибдена е 2623 градуса и е устойчив на висока-температурна аблация; следователно обработката му изисква изключително висока енергийна плътност. Обикновените лазери, когато обработват молибден, са изключително предразположени към причиняване на голяма топлинно-засегната зона (HAZ), което води до дефекти като кратери или зъбни ръбове по границите на рязане.
Накратко, характеристиките на това, че молибденът е твърд и огнеупорен, правят прецизната обработка на материала, особено обработката на микро-дупки с висока-прецизност, изключително трудна. Традиционните процеси на пробиване и обикновените лазери в повечето случаи не могат да отговорят на изискванията.
Оборудване за микро и нанопрецизна лазерна обработка
Фемтосекундната лазерна технология не е просто просто надграждане на конвенционалните лазери; по-скоро представлява пробив в принципите на обработка, вкоренен в непрекъснатото изследване и развитие на микронния мащаб. Той е особено-подходящ за продуктови изисквания, включващи микро-дупки на микро-ниво, рязане и ецване. Следователно, дори когато са изправени пред трудни-за-обработка материали като молибден, фемтосекундните лазери могат да се справят със задачата с лекота и прецизност.
Това е така, защото фемтосекундните лазери работят в крайности по отношение на енергийна плътност, време на взаимодействие, пространствен мащаб и контролируем мащаб на поглъщане на енергия от материала. В резултат на това физическите ефекти и механизмите на взаимодействие, използвани по време на производствения процес, са коренно различни от традиционните лазерни-процеси на взаимодействие на материали. Поради това те позволяват изключително прецизна обработка на молибденови микро-отвори. По-конкретно:
1. Размер на отвора:
Фемтосекундната лазерна обработка на тънки молибденови материали обикновено е ограничена до дебелина в рамките на 2 мм. Понастоящем, в рамките на подходящ диапазон на дебелина, фемтосекундните лазери могат да обработват минимални диаметри на отворите от 3 μm за заострени отвори и 20 μm за вертикални отвори. Това е значително по-малко от традиционните процеси на прецизна обработка, като по този начин се разширява обхватът на приложение на молибденовите микро-отвори.
2. Вертикалност на страничната стена:
Фемтосекундните лазери могат да обработват както конусовидни, така и вертикални отвори. Особено за специфични изисквания, гъвкавостта на контролируемата конусност, предлагана от фемтосекундните лазери, осигурява ясно предимство, което позволява по-добър контрол върху преминаването на среди като йони, газове и течности.
3. Точност на размерите:
Фемтосекундните лазери могат да постигнат диаметър на отвора или точност на рязане в рамките на ±1μm, стандарт, който традиционните лазери или конвенционалните процеси на обработка не могат да покрият. Това е метод на обработка, относително близък до техниките за прецизност на нанометрово-ниво, като FIB (фокусиран йонен лъч) и фотолитография, служещ като мост, свързващ микрометърната и нанометровата скала.
4. Качество на обработката:
Фемтосекундната лазерна обработка е метод на „студена аблация“ (студена обработка), способен да постигне обработка на микро-дупки на ниво микрон-, която е без-без напуквания,-без пукнатини и има гладки странични стени. Грапавостта на вътрешната стена на тези микро-дупки може да бъде гарантирана в рамките на Ra 0,4 μm или дори до 0,2 μm. Тази характеристика позволява на молибденовите микро-дупки, обработени от фемтосекундни лазери, да превъзхождат в оптичното поле, отговаряйки на изискванията за обработка на отвори в-устройство за изображения от висок клас или полупроводници.