Renkantis keraminę lazerinio pjovimo mašiną, daugelis inžinierių mano, kad didesnė lazerio absorbcija automatiškai reiškia lengvesnį apdirbimą. Tiesą sakant, pjovimo lazeriu efektyvumas priklauso nuo balanso tarp lazerio sugerties, šilumos laidumo, šiluminio plėtimosi ir atsparumo įtrūkimams.
Nors silicio nitridas (Si3N4) lazerio energiją sugeria geriau nei aliuminio oksidas (Al2O3), jis išlieka viena iš sunkiausiai apdorojamų inžinerinių keramikos gaminių dėl didelio jautrumo šiluminiam įtempimui.
Šiame straipsnyje lyginami QCW skaiduliniai lazeriai, 355 nm UV nanosekundiniai lazeriai ir pikosekundiniai lazeriai, skirti pramoninei gamybai.
Medžiagos savybės, turinčios įtakos pjovimui lazeriu
| Turtas | Aliuminio oksidas (Al2O3) | Silicio nitridas (Si3N4) | Poveikis pjovimui lazeriu |
| 1064 nm sugertis | 5–10% | 25–40% | Aliuminio oksidui dažnai reikia sugeriančios dangos; Si₃N₄ geriau sugeria, bet sukuria daug didesnį šiluminį įtempį. |
| 355 nm sugertis | 40–50% | 50–65% | UV apdorojimas yra efektyvus abiem medžiagoms, šiek tiek geriau sugeria Si₃N4. |
| Šiluminis plėtimasis | 7–8 ppm/ laipsnis | 2,8–3,3 ppm/ laipsnis | Mažesnis plėtimasis sukelia didesnį liekamąjį įtempį ir įtrūkimų riziką. |
| Šilumos laidumas | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Si3N4 lėčiau išsklaido šilumą, todėl padidėja šilumos kaupimasis. |
1. QCW 1064 nm skaidulinis lazeris
Aliuminio oksidas
Brandus gamybos procesas
Platus apdorojimo langas
Stabilus kontūrinis pjovimas
Didelis produktyvumas
Pagrindinis apribojimas yra maža infraraudonųjų spindulių sugertis, kuri paprastai pašalinama naudojant sugeriančią dangą prieš pjaustant.
Sunkumas: ★★☆☆☆
Silicio nitridas
Nors Si₃N4 geriau sugeria infraraudonųjų spindulių šviesą, jis yra daug labiau linkęs į terminį įtrūkimą.
Įprastos problemos apima:
Per{0}}storio mikroįtrūkimus
Kraštų skaldymas
Uždelstas įtrūkimas
Sumažintas pjovimo greitis dėl negilaus{0}}sluoksnio nuskaitymo
Proceso langas yra žymiai siauresnis nei aliuminio oksido.
Sunkumas: ★★★★★
2. 355 nm UV nanosekundinis lazeris
Aliuminio oksidas
Pjovimas UV lazeriu jau yra brandus pramoninis sprendimas.
Tipiški pranašumai apima:
Mažas HAZ
Stabilus mikro{0}}skylių apdirbimas
Mažas skaldymas
Didelis produkcijos derlius
Sunkumas: ★★☆☆☆
Silicio nitridas
UV lazeriai labai sumažina šiluminę žalą, tačiau negali visiškai pašalinti šiluminio streso.
Pramoninei gamybai paprastai reikia:
Didesnė lazerio galia (20–30 W)
Daug -eilių sekliai pjauti
Didelio{0}}grynumo azoto pagalbinės dujos
Optimizuotos aušinimo strategijos
Palyginti su aliuminio oksidu, apdorojimo laikas paprastai yra 50–100% ilgesnis.
Sunkumas: ★★★★☆
3. Pikosekundinis lazeris
Aliuminio oksidas
Pikosekundiniai lazeriai suteikia:
Beveik{0}}nulis HAZ
Nėra naujo sluoksnio
Puiki krašto kokybė
Stabilus tikslus apdirbimas
Sunkumas: ★★☆☆☆
Silicio nitridas
Itin trumpi impulsai žymiai sumažina įtrūkimų susidarymą, tačiau Si₃N₄ vis tiek reikalauja:
Mažesnė impulsų energija
Daugiau nuskaitymo leidimų
Ilgesnis apdirbimo laikas
Gamybos efektyvumas paprastai išlieka 30% mažesnis nei aliuminio oksido.
Sunkumas: ★★★☆☆
Sunkumo palyginimas
| Taikymas | Lengvesnė medžiaga |
| QCW kontūro pjovimas | Al₂O3 |
| UV tikslumas pjovimas | Al₂O3 |
| Mikro-skylių gręžimas | Al₂O3 |
| Itin{0}}ploni substratai | Al₂O3 |
| Pikosekundinis tikslus apdirbimas | Al₂O3 (šiek tiek) |
Kodėl silicio nitridas yra sunkesnis?
Didžiausias iššūkis nėra lazerio sugertis.
Vietoj to, silicio nitridas turi keletą nepalankių savybių:
Mažesnis šilumos laidumas
Itin mažas šiluminis plėtimasis
Didelis liekamasis terminis įtempis
Didesnis įtrūkimų jautrumas
Siauras proceso langas
Dėl to, net naudojant UV arba pikosekundinius lazerius, gamintojams paprastai reikia:
Daugiau pjovimo leidimų
Mažesnė energija vienam praėjimui
Stipresnis aušinimas
Ilgesnis apdorojimo laikas
Dėl šių veiksnių Si3N4 daug sunkiau apdorojamas nei aliuminio oksidas masinėje gamyboje.
Rekomenduojami lazeriniai sprendimai
| Taikymas | Rekomenduojamas sprendimas |
| Ekonomiškas{0}}kontūrų pjovimas | 150 W QCW pluošto lazeris + aliuminio oksidas |
| Tikslus mikro{0}}apdirbimas | 355 nm UV nanosekundinis lazeris |
| Ploni Si3N4 substratai | 20–30 W UV lazeris + kelių-eilių pjovimas + azoto pagalba |
| Aukščiausio patikimumo Si₃N₄ komponentai | 355 nm pikosekundinis lazeris + pažangus aušinimas |
Išvada
Nors silicio nitridas sugeria lazerio energiją efektyviau nei aliuminio oksidas, dėl prasto šilumos išsklaidymo ir itin didelio jautrumo šiluminiam įtempimui jis yra viena sudėtingiausių keramikos gaminių, skirtų apdirbti lazeriu.
Didelės{0}}našumo pramoninėje gamyboje 355 nm UV lazeriai išlieka tinkamiausiu sprendimu tiksliam Si₃N₄ apdirbimui, o QCW skaiduliniai lazeriai geriau tinka didelio-efektyvumo aliuminio oksido apdorojimui.
Reikia lazerinio sprendimo pažangiai keramikai?
YCLASERspecializuojasi preciziniame Al2O3, Si3N4, AlN, ZrO2, SiC, DBC ir DPC keraminių substratų pjovime lazeriu. Teikiame nemokamą mėginių testavimą, procesų optimizavimą ir pritaikytus lazerinius sprendimus tiek prototipams, tiek masinei gamybai.Susisiekite su mumis, kad aptartume jūsų paraišką.
