利用水激光器对高科技材料进行精密加工
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江苏激光联盟导读：
据悉 ， 本文研究如何利用利用水激光器对高科技材料进行精密加工 。
【利用水激光器对高科技材料进行精密加工】来源：Synova
在获得专利的LMJ技术中 ， 处理是通过一个像头发一样薄的水射流进行的 ， 高能激光脉冲通过该射流被引导 。 水在加工过程中冷却工件 ， 防止损坏材料 。 这种方法正被用于越来越多的应用中 ， 尤其是对于难以加工的材料 ， 如硬质金属、立方氮化硼（CBN）或金刚石以及所有类型的陶瓷 。 它也同样适用于纤维增强复合材料、钛、钴和高温合金或半导体材料 。 以下是一些当前的应用程序 。
“我们的激光微射流（LMJ）方法与其他激光技术之间的根本区别在于 ， 激光束在本质上稳定的水射流内部的引导就像头发一样细 。 ” Amédée Zryd博士说 ， 他是瑞士Duillier/Nyon Synova的应用、研究和开发主管 。 在精密光学头的帮助下 ， 高能纳秒激光脉冲被耦合到只有几微米宽的水射流中 。 水的用途与通信电缆中的光纤完全相同 ， 即激光在水的边界处被完全反射到空气中 。 相比之下 ， 由于透镜的聚焦作用 ， 传统激光系统的工作范围很短 。 LMJ激光器的这一特性使其能够在真正垂直、非常光滑的表面上进行非常深的切割 。 高达500bar的中压水射流可防止热损伤 ， 同时冲走工件上的任何反应残留物 。 其结果是干净的表面以及与加工前材料特性相对应的材料特性 。 薄水射流允许极窄且绝对平行的间隙为25–80μm ， 粗糙度极小 。
用途:工具 ， 金属薄板和特殊合金…
Zryd博士表示:“商业兴趣日益浓厚的一个应用是钨的加工 ， 以及切割CBN、SiC、氮化铝或氧化铝等陶瓷材料 。 ”这不仅仅是关于基本的几何形状 ， 而且更多的是关于实现五轴几何形状 ， 例如所需的切割角度和刀具边缘的锋利程度 。
虽然水射流引导的LMJ激光器在长距离内保持聚焦 ， 但传统激光束的强度在聚焦点以外迅速下降（来源：Synova）
另一个有希望的应用是制造永磁材料 ， 如陶瓷涂层涡轮叶片 ， 以及作为耗材用于晶圆反应器的大型硅组件 。
另外还有可能制造永磁材料 ， 如陶瓷涂层涡轮叶片 ， 以及作为耗材用于晶圆反应器的大型硅组件 。 由于钕铁硼的硬度和脆性 ， 加工比较困难 。 Synova可以在这方面提供帮助 ， 因为该技术还允许加工厚材料 。 此外 ， 由于水射流提供了良好的冷却效果 ， 因此对材料的磁性几乎没有影响 。 LMJ技术的进一步有趣应用包括在管道中钻冷却孔 。
在最后一种情况下 ， 为一个大型客户开发了专门构造的系统 。 据Zryd博士说 ， 这些系统中的一部分现在几乎全年都在三班制运行 ， 正常运行时间达到98% 。 这证实了LMJ技术的成熟性 ， 能够在满足严格安全标准的同时 ， 开展满足最高质量和可靠性要求的工作 。
“尽管透明钻石几乎无法吸收我们的绿色激光 ， 但我们仍然能够加工钻石材料 ， ”Zryd博士透露 。 原因很简单：当第一束激光击中钻石时 ， 它的表面就形成了黑色石墨 ， 从而很好地吸收了后续的激光脉冲 。 薄的石墨层可以很容易地在抛光后擦掉 。 Synova技术的一个重要优势是切割宽度 ， 昂贵的石材体积只会损失很小的一部分 。
珠宝行业也有特殊的解决方案 ， 比如DaVinci钻石工厂 ， 它将未经加工的钻石加工成全平面的钻石 。 通过CVD工艺制造的人造钻石是一个日益增长的应用 ， 这种实验室生长的晶体被激光切割成单晶片 。 切割的深度在不断增加 。 由于工件可以从背面转动和加工 ， 因此可以制作深度达40毫米的切片 。 其他工业生产的金刚石材料 ， 如MCD PCD或金属基金刚石复合材料也可以很容易地加工 。
在这些高纯度硅盘中使用LMJ技术制造孔 ， 以便在晶圆生产过程中让气体通过（来源：Synova）
目前在非氧化物（如SiC-SiC）或氧化物-氧化物陶瓷基复合材料（OxOx-CMC）方面有一些有趣的进展 。 这些材料由嵌在陶瓷基体中的高级陶瓷纤维组成 。 由于其优异的耐热性、良好的高温强度和较低的重量 ， 主要用于航空航天 ， 并与钛材料和其他高温合金竞争 。 同样容易加工的还有碳纤维复合材料以及许多其他陶瓷材料 ， 其中一些成分特别复杂 ， 用于生产功率半导体或传感器 ， 以及金刚石颗粒复合材料 。 这些由镶嵌在金属或陶瓷基体中的金刚石颗粒组成 ， 用于轮廓磨轮或表壳中 ， 这些砂轮或表壳具有很高的抗划伤性和通过金刚石颗粒造成的其他损坏性 。 半金属硅和陶瓷碳化硅也越来越引起人们的兴趣 。 应用的一个例子是厚度达10毫米的固态硅盘 。 这些都钻有精确放置和尺寸的孔 ， 用于生产硅芯片 。 一定量的反应气体通过这些孔注入晶片 。
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