高精密飛秒激光蝕刻

近年來(lái)，飛秒激光技術(shù)在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣。與傳統(tǒng)的加工方式相比，飛秒激光具有超快、超短、高能束的特點(diǎn)，能夠在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)材料進(jìn)行精細(xì)加工，同時(shí)避免了熱影響和熱損傷等問(wèn)題。本文將介紹飛秒激光微孔成型設(shè)備在鉬片上打沉頭孔的應(yīng)用，并探討其優(yōu)勢(shì)和未來(lái)發(fā)展方向。飛秒激光微孔成型設(shè)備簡(jiǎn)介飛秒激光微孔成型設(shè)備是一種高精度、高效率的加工設(shè)備，采用飛秒激光器作為能量源，通過(guò)控制激光的能量、脈沖寬度、脈沖頻率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的快速、精確加工。該設(shè)備主要用于微孔、微槽、微縫等微結(jié)構(gòu)的加工，適合應(yīng)用于航空航天、科研、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。由于能量沉積時(shí)間極短，因此飛秒激光可以在沒(méi)有熱效應(yīng)的情況下進(jìn)行加工。高精密飛秒激光蝕刻

飛秒激光技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造上的應(yīng)用：長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)始終是制約航空航天事業(yè)發(fā)展的瓶頸，產(chǎn)品的質(zhì)量不過(guò)關(guān)來(lái)自兩方面：一是材料技術(shù)；二是材料加工技術(shù)。飛秒激光鉆孔恰恰解決了這個(gè)難題！在航空航天領(lǐng)域，燃?xì)鉁u輪是發(fā)動(dòng)機(jī)的三大關(guān)鍵部件之一，其性能直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞。然而航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片工作溫度至少為1400攝氏度，因此必須對(duì)高溫部件，尤其是葉片必須使用精確的冷卻技術(shù)。葉片冷卻一般通過(guò)大量不同直徑的氣膜孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，孔徑約為100~700微米，且空間分布復(fù)雜，多為斜孔，角度為15°到90°不等，為了提高冷卻效率，開(kāi)孔形狀往往成扇形或者矩形，這給加工帶來(lái)極大的難度。目前主流的方法是高速電火花，但工具電極制造極為困難，加工好的部件易磨損，加工速度慢，排除孔內(nèi)的加工屑比較困難，不易散熱，根本不適合大批量生產(chǎn)。此外，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面通常要覆蓋一層熱障涂層、一般是陶瓷材料，采用傳統(tǒng)電火花無(wú)法加工，是未來(lái)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)。隨著未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料逐漸走向非金屬化，電火花加工更不靠譜，而飛秒激光加工具有材料適應(yīng)廣、定位精度高、無(wú)機(jī)械變形、無(wú)直接接觸等各種優(yōu)點(diǎn)，非常適合加工微型孔。高精密飛秒激光蝕刻在激光切割行業(yè)中，適合于超薄金屬箔材料切割的種類(lèi)也分為納秒紫外激光切割以及飛秒激光器切割等。

云母是一種天然的礦物材料，具有優(yōu)良的電氣、機(jī)械和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于電子、電力、通訊、航空航天等領(lǐng)域。其中，云母片的加工是這些領(lǐng)域中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。近年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，飛秒激光技術(shù)逐漸應(yīng)用于云母片的加工中，具有高精度、高效率和高可靠性的優(yōu)勢(shì)。飛秒激光是一種超短脈沖激光，其脈沖寬度在飛秒（1飛秒等于10-15秒）量級(jí)，具有極高的瞬時(shí)功率和能量密度。利用飛秒激光的這些特性，可以實(shí)現(xiàn)材料的高精度加工，例如打孔、切割、刻蝕等。在云母片的加工中，飛秒激光打孔和切割設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣。云母片的飛秒激光微孔加工設(shè)備通常采用脈沖寬度在幾個(gè)飛秒到幾百飛秒的激光器，通過(guò)聚焦透鏡將激光束聚焦在云母片上，形成極小的光斑。在激光的作用下，云母片內(nèi)部的電子吸收光能后迅速躍遷到高能態(tài)，隨后通過(guò)非彈性碰撞將能量傳遞給晶格，使局部晶格產(chǎn)生瞬間高溫或產(chǎn)生等離子體。隨著時(shí)間的推移，這些能量的作用逐漸擴(kuò)展到周?chē)Ц?，形成孔洞。通過(guò)控制激光的脈沖數(shù)量和脈沖寬度等參數(shù)，可以精確控制打孔的大小和深度。

飛秒激光新技術(shù)應(yīng)用剛剛興起，主要應(yīng)用行業(yè)包括：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)(特別是薄膜技術(shù))、平面顯示產(chǎn)業(yè)、合金微鑄造、精確孔徑和電極結(jié)構(gòu)加工、航空難材料加工、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域！在中國(guó)制造2025的大戰(zhàn)略背景下，傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)面臨深度轉(zhuǎn)型，其中一個(gè)方向就是效率提升的同時(shí)轉(zhuǎn)向附加值更高、技術(shù)壁壘更高的精密加工。而激光加工完全符合于這一主旨，激光器及激光加工設(shè)備已經(jīng)在消費(fèi)電子觸摸屏模組生產(chǎn)、半導(dǎo)體晶圓劃片等3C制造領(lǐng)域嶄露頭角，并在藍(lán)寶石加工、曲面玻璃和陶瓷生產(chǎn)等領(lǐng)域展現(xiàn)出全新的應(yīng)用前景。飛秒激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。

基于能量高度集中、熱影響區(qū)小、無(wú)飛濺無(wú)熔渣、不需特殊的氣體環(huán)境、無(wú)后續(xù)工藝、雙光子聚合加工精度可達(dá)0.7um等優(yōu)勢(shì)，飛秒激光在誘導(dǎo)金屬微結(jié)構(gòu)加工應(yīng)用方面和精細(xì)加工方面都取得了很大的進(jìn)展。1.孔加工在1mm厚的不銹鋼薄片上，飛秒激光進(jìn)行了具有深孔邊緣清晰、表面干凈等特點(diǎn)的納米級(jí)深孔加工；在金屬薄膜上，鈦寶石飛秒激光加工制備出了微納米級(jí)陣列孔，孔徑至小達(dá)2.5um，孔直徑在2.5~10um間可調(diào)，至小間距可達(dá)10um，很容易實(shí)現(xiàn)10-50um間距調(diào)整。2.金屬材料表面改性1999年德國(guó)漢諾威激光中心Noltes等人報(bào)道了結(jié)合鈦寶石飛秒激光三倍頻光（260nm）和SNOM（掃描進(jìn)場(chǎng)光學(xué)顯微鏡）在金屬鎘層制出了線寬200nm的凹槽。為以后的無(wú)孔徑近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡（ANSOM）取代SNOM奠定了基礎(chǔ)，獲得了高達(dá)70nm的空間分辨率，開(kāi)拓了遠(yuǎn)場(chǎng)技術(shù)在納米范圍下的物理化學(xué)特性以及運(yùn)輸機(jī)制的研究。飛秒，是一種時(shí)間單位，等于10-15秒，即1/1,000,000,000,000,000秒。北京高效飛秒激光顆粒面膜板

激光鉆孔是一種非接觸式孔加工工藝，使用高度集中的光束在從金屬到非金屬和聚合物等各種材料上鉆孔。高精密飛秒激光蝕刻

飛秒激光技術(shù)目前仍然是一項(xiàng)世界前沿科技。雖然在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮了各種重要的作用，但我們對(duì)它的探索與發(fā)展仍然不能停歇。雖然飛秒激光鉆孔技術(shù)擁有如此神奇的魔力，但其開(kāi)發(fā)難度也是非常大的，特別是進(jìn)行系統(tǒng)集成化、技術(shù)工程化的努力遭遇了各種困難，輸出功率也有限制。此外，如何能形成一套完整的微孔加工工業(yè)也是世界性難題，但通過(guò)我國(guó)科學(xué)家的努力，不但實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的實(shí)用化和集成化，還發(fā)明出了螺旋加工工藝，可以私人訂制不同形狀的微孔，可以說(shuō)是達(dá)到了國(guó)際認(rèn)可的水平。高精密飛秒激光蝕刻