Molybdeen (Mo) is een uniek metaalmateriaal. Hoewel het over het algemeen lijkt op een onopvallend zilver-wit metaal, zorgen zijn stabiele fysische en chemische eigenschappen ervoor dat het op grote schaal kan worden gebruikt in scenario's met hoge- temperaturen en hoge- stress. Het is een onmisbare grondstof voor sectoren als de lucht- en ruimtevaart, kernenergie, halfgeleiders en precisiegeneeskunde. Bijgevolg is het bewerken van molybdeen uiterst moeilijk; vooral bij het uitvoeren van zeer-precieze micro-gatbewerkingen op molybdeen hebben de meeste traditionele processen moeite om aan de eisen te voldoen.
Als een baanbrekend precisiebewerkingsproces op -micron-niveau biedt femtoseconde-lasertechnologie voordelen zoals koude verwerking (koude ablatie), stress- werking, materiaalonafhankelijkheid en hoge precisie, en speelt het een belangrijke rol in de micro-nano-productie op verschillende gebieden. Concreet lost de materiaal-onafhankelijke eigenschap van femtosecondelasers effectief de uitdaging op waarmee traditionele processen worden geconfronteerd bij het bewerken van nauwkeurige micro-gaten in molybdeen.
Wat is een femtosecondelaser?
Femtoseconde-laser verwijst naar een laser met een pulsbreedte op femtoseconde-niveau. Een femtoseconde is een tijdseenheid, waarbij 1 femtoseconde=10⁻¹⁵ seconden. Als we met de snelheid van het licht zouden bewegen, zou de verplaatsing in 1 femtoseconde 0,3 μm zijn, wat aantoont dat 1 femtoseconde een extreem korte duur is.
Met andere woorden: de korte enkele-pulsduur van een femtosecondelaser zorgt voor een extreem hoog piekvermogen. Daarom kan het doelmateriaal onmiddellijk worden verwijderd, wat resulteert in bewerkingseffecten zoals een minimale door hitte-beïnvloede zone (HAZ), geen herschikkingslaag en geen micro-scheuren.
Waarom heeft molybdeen femtoseconde-lasers nodig?
Molybdeen bezit stabiele fysische en chemische eigenschappen, waardoor het breed toepasbaar is in scenario's met hoge- temperaturen en hoge- stress. Dienovereenkomstig is de bewerking van molybdeen echter uiterst moeilijk. Specifiek:
1. Hardheid met hoge weerstand en hoge:
Molybdeen is een overgangsmetaal met zeer sterke interatomaire bindingskrachten, waardoor het zowel bij kamertemperatuur als bij hogere temperaturen een hoge sterkte en hardheid behoudt. Daarom wordt molybdeen in velden met extreem hoge- temperaturen en hoge- druk, zoals de lucht- en ruimtevaart en halfgeleiders, vaak gekozen als grondstof voor mondstukken. Wanneer traditionele mechanische bewerking op molybdeen wordt toegepast, zijn snijgereedschappen of boren gevoelig voor snelle slijtage. Bovendien genereert het proces gemakkelijk contactspanning of plaatselijk hoge temperaturen, wat leidt tot het afbrokkelen van de randen van micro-gaatjes en het ontstaan van micro-scheurtjes.
2. Hoog smeltpunt:
Het smeltpunt van molybdeen is maar liefst 2623 graden en is bestand tegen ablatie bij hoge- temperaturen; daarom vereist de verwerking ervan een extreem hoge energiedichtheid. Gewone lasers zijn bij het verwerken van molybdeen extreem gevoelig voor het veroorzaken van een grote hitte{3}}zone (HAZ), wat resulteert in defecten zoals kraters of zaagtandranden langs de snijranden.
Kortom, de eigenschappen van molybdeen, die hard en vuurvast zijn, maken het nauwkeurig bewerken van het materiaal, vooral het bewerken van zeer-precieze micro-gaten, uitzonderlijk moeilijk. Traditionele boorprocessen en gewone lasers kunnen veelal niet aan de eisen voldoen.
Micro- en nano-precisielaserverwerkingsapparatuur
Femtoseconde-lasertechnologie is niet slechts een simpele upgrade van conventionele lasers; het vertegenwoordigt eerder een doorbraak in verwerkingsprincipes die geworteld zijn in de voortdurende verkenning en ontwikkeling van de micronschaal. Het is bijzonder goed-geschikt voor productvereisten met betrekking tot micron-micro--gaten, snijden en etsen. Zelfs bij moeilijk-te-bewerkbare materialen zoals molybdeen kunnen femtosecondelasers de taak dus met gemak en precisie uitvoeren.
Dit komt omdat femtosecondelasers op extremen werken in termen van energiedichtheid, interactietijd, ruimtelijke schaal en de regelbare schaal van energieabsorptie door het materiaal. Als gevolg hiervan verschillen de fysieke effecten en interactiemechanismen die tijdens het productieproces worden gebruikt fundamenteel van traditionele laser-materiaalinteractieprocessen. Daarom maken ze de ultieme precisiebewerking van micro-molybdeengaten mogelijk. Specifiek:
1. Gatgrootte:
Femtoseconde laserbewerking van dunne molybdeenmaterialen is over het algemeen beperkt tot een dikte binnen 2 mm. Momenteel kunnen femtosecondelasers, binnen een geschikt diktebereik, minimale gatdiameters van 3 μm voor taps toelopende gaten en 20 μm voor verticale gaten bewerken. Dit is aanzienlijk kleiner dan traditionele precisiebewerkingsprocessen, waardoor de toepassingsmogelijkheden van molybdeenmicro-gaten worden vergroot.
2. Verticaliteit van de zijwand:
Femtosecondelasers kunnen zowel taps toelopende gaten als verticale gaten bewerken. Met name voor specifieke vereisten biedt de flexibiliteit van regelbare tapsheid die wordt geboden door femtosecondelasers een duidelijk voordeel, waardoor een betere controle over de doorgang van media zoals ionen, gassen en vloeistoffen mogelijk wordt.
3. Dimensionale nauwkeurigheid:
Femtoseconde-lasers kunnen een gatdiameter of snijnauwkeurigheid binnen ± 1 μm bereiken, een norm waaraan traditionele lasers of conventionele bewerkingsprocessen niet kunnen voldoen. Het is een verwerkingsmethode die relatief dicht in de buurt komt van precisietechnieken op nanometerniveau-, zoals FIB (Focused Ion Beam) en fotolithografie, die dient als brug tussen de micrometer- en nanometerschalen.
4. Verwerkingskwaliteit:
Femtoseconde-laserverwerking is een 'koude ablatie'-methode (koude verwerking), waarmee micron-niveau micro-gatbewerking mogelijk is die braam-vrij, barst-vrij is en gladde zijwanden heeft. De ruwheid van de binnenwand van deze micro-gaten kan worden gegarandeerd binnen Ra 0,4 μm, of zelfs zo laag als 0,2 μm. Deze eigenschap zorgt ervoor dat molybdeen-micro-gaten die zijn verwerkt door femtosecondelasers kunnen uitblinken op optisch gebied en voldoen aan de verwerkingsvereisten voor openingen in- hoogwaardige beeldapparatuur of halfgeleiders.