Silicio karbido plokštelių pjaustymo kubeliais metodas

1. Šlifavimo diskas
Šlifavimo rato pjaustymo staklės varo ašmenis dideliu greičiu suktis per aerostatinį elektrinį veleną, kad būtų galima stipriai šlifuoti medžiagas. Naudojamų ašmenų pjovimo briaunos yra padengtos korundo dalelėmis. Korundo Moho kietumas yra 10, o tai tik šiek tiek didesnis nei SiC, kurio kietumas yra 9,5. Pakartotinis šlifavimas mažu greičiu yra ne tik daug laiko ir pastangų reikalaujantis darbas, bet ir dažnas įrankio nusidėvėjimas. Pavyzdžiui, 100 mm (4 colių) SiC plokštelei išpjauti prireikia 6-8 valandų, be to, nesunku sukelti drožlių defektų. Todėl šis tradicinis neefektyvus apdorojimo metodas buvo palaipsniui pakeistas lazeriu.
2. Pilnas lazerinis žymėjimas
Lazerinis įbrėžimas yra procesas, kai naudojamas didelės energijos lazerio spindulys apšvitinant ruošinio paviršių, kad vietiškai ištirptų ir išgaruotų apšvitintas plotas, taip pašalinant ir nubrėžiant medžiagą. Lazerinis rašymas yra bekontaktis apdorojimas, be mechaninių įtempių pažeidimų, lanksčių apdorojimo metodų, be įrankių praradimo ir vandens taršos bei mažų įrangos priežiūros išlaidų. Kad būtų išvengta atraminės plėvelės pažeidimo lazeriu perbraukiant plokštelę, naudojama UV plėvelė, atspari aukštos temperatūros abliacijai.
Šiuo metu lazerinio rašymo įranga naudoja pramoninius lazerius, kurių trijų bangų ilgiai – 1064 nm, 532 nm ir 355 nm, o impulsų plotis – nanosekundės, pikosekundės ir femtosekundės. Teoriškai, kuo trumpesnis lazerio bangos ilgis ir trumpesnis impulso plotis, tuo mažesnis apdorojimo terminis efektas, o tai naudinga atliekant mikro tikslumo apdorojimą, tačiau kaina yra palyginti didelė. 355 nm ultravioletinis nanosekundinis lazeris yra plačiai naudojamas dėl savo brandžios technologijos, mažos kainos ir nedidelio apdorojimo terminio efekto. Pastaraisiais metais 1 064 nm pikosekundžių lazerio technologija sparčiai vystėsi ir buvo sėkmingai pritaikyta daugelyje naujų sričių.
Pavyzdžiui, apdorojant 355 nm ultravioletiniu lazeriu šiluminis efektas yra nedidelis, tačiau nepilnai išgaravęs šlakas prilimpa ir kaupiasi pjovimo linijoje, todėl pjovimo dalis nėra lygi, o pritvirtintas šlakas gali lengvai nukristi tolesniame procese, paveikdamas įrenginį. spektaklis. 1064 nm pikosekundinis lazeris turi didesnę galią, aukštą rašymo efektyvumą, pakankamą medžiagos pašalinimą ir vienodą skerspjūvį, tačiau apdorojimo terminis efektas yra per didelis, todėl lusto konstrukcijoje reikia rezervuoti platesnes rašymo juostas.
3. Lazerinis pusės smūgis
Lazerinis pusiau įbrėžimas tinka geriau skaidomoms medžiagoms apdoroti. Lazerinis braižymas pjauna iki tam tikro gylio, o tada taiko padalijimo metodą, kad išilgai pjovimo linijos būtų sukurtas išilginis įtempis, kad būtų atskirtos lustai. Šis apdorojimo metodas pasižymi dideliu efektyvumu, nereikalauja plėvelės klijavimo ir plėvelės pašalinimo proceso bei mažų apdorojimo išlaidų. Tačiau silicio karbido plokštelių skilimas yra prastas, ir jas nėra lengva suskaidyti. Įtrūkusią pusę lengva nusmulkinti, o subraižytoje dalyje vis dar egzistuoja šlako sukibimo reiškinys.
4. Nematomas pjovimas lazeriu
Lazerinis slaptas rašymas yra fokusuoti lazerį į medžiagos vidų, kad būtų suformuotas modifikuotas sluoksnis, o tada atskirti lustą padalinant arba išplečiant plėvelę. Ant paviršiaus nėra dulkių taršos, beveik nėra medžiagų nuostolių, o apdorojimo efektyvumas yra aukštas. Dvi sąlygos, kad būtų pasiektas slaptas rašymas, yra tai, kad medžiaga yra skaidri lazeriui, o pakankamai impulsų energijos sukuria daugiafotonų absorbciją.
Silicio karbido juostos tarpo energija Eg kambario temperatūroje yra apie 3,2 eV, tai yra 5,13 × 10 -19 J. 1 064 nm lazerio fotono energija E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Matyti, kad lazerio fotono energija 1 064 nm yra mažesnė už silicio karbido medžiagos sugerties juostos tarpą ir yra optiškai skaidri, o tai atitinka nematomo rašymas. Tikrasis pralaidumas yra susijęs su tokiais veiksniais kaip medžiagos paviršiaus savybės, storis ir priedo tipai. Kaip pavyzdį imant poliruotą silicio karbido plokštelę, kurios storis 300 μm, išmatuotas 1064 nm lazerio pralaidumas yra apie 67%.
Pasirinktas itin trumpo impulso pločio pikosekundinis lazeris, o daugiafotoninės sugerties generuojama energija nevirsta šilumos energija, o tik sukelia tam tikro modifikuoto sluoksnio gylį medžiagos viduje. Modifikuotas sluoksnis yra įtrūkimo, lydymosi arba lūžio rodiklio pasikeitimo sritis medžiagos viduje. Tada per vėlesnį skaidymo procesą grūdai bus atskirti išilgai modifikuoto sluoksnio.
Silicio karbido medžiagos skilimas yra prastas, o atstumas tarp modifikuotų sluoksnių neturėtų būti per didelis. Atliekant bandymą naudojamas JHQ-611 automatinis pjaustymo kubeliais staklės ir 350 μm storio SiC plokštelė, kad būtų išpjauti 22 sluoksniai 500 mm/s pjovimo greičiu. Po įtrūkimų pjūvis yra gana lygus, su mažais įtrūkimais ir tvarkingais kraštais.
5. Vandens valdomas lazerinis pjovimas
Vandens nukreipimo lazeris fokusuoja lazerio šviesą ir nukreipia ją į mikrovandens kolonėlę. Vandens stulpelio skersmuo skiriasi priklausomai nuo purkštuko angos ir yra įvairių 100-30 μm specifikacijų. Naudojant visiško atspindžio tarp vandens stulpelio ir oro sąsajos principą, lazerio šviesa sklinda vandens stulpelio kryptimi, kai bus įvesta į vandens stulpelį.
Jis gali apdoroti diapazoną, kuriame vandens stulpelis išlieka stabilus, o itin ilgas efektyvus darbo atstumas ypač tinka storoms medžiagoms pjauti. Tradicinio pjovimo lazeriu metu energijos kaupimasis ir laidumas yra pagrindinė šiluminės žalos abiejose pjovimo linijos pusėse priežastis, o vandens valdomas lazeris greitai pašalina kiekvieno impulso likutinę šilumą, nesikaupdamas ant ruošinio dėl veikimo. vandens stulpelio, todėl pjaunant Kelias švarus ir tvarkingas.
Remiantis šiais pranašumais, vandeniui laidus lazeriu pjaustomas silicio karbidas teoriškai yra geras pasirinkimas, tačiau technologija yra sudėtinga, o susijusios įrangos branda nėra aukšta. Sunku gaminti purkštukus kaip pažeidžiamas dalis. Jei smulkaus vandens stulpelio negalima tiksliai ir stabiliai valdyti, išsitaškę vandens lašeliai nuvalo lustą, o tai turi įtakos derliui. Todėl šis procesas dar nebuvo pritaikytas silicio karbido plokštelių gamyboje.