O molibdênio (Mo) é um material metálico único. Embora geralmente apareça como um metal branco-prateado comum, suas propriedades físicas e químicas estáveis permitem que ele seja amplamente utilizado em cenários de alta-temperatura e alto-estresse. É uma matéria-prima indispensável para indústrias como aeroespacial, energia nuclear, semicondutores e medicina de precisão. Conseqüentemente, a usinagem do molibdênio é extremamente difícil; em particular, ao realizar usinagem de micro-furos de alta{6}}precisão em molibdênio, a maioria dos processos tradicionais tem dificuldade para atender aos requisitos.
Como um processo de usinagem de precisão de nível-mícron-de última geração, a tecnologia de laser de femtosegundo oferece vantagens como processamento a frio (ablação a frio), operação-sem estresse, independência de material e alta precisão, desempenhando um papel significativo na fabricação de micro-nano em vários campos. Especificamente, a característica-independente de material dos lasers de femtossegundos resolve efetivamente o desafio que os processos tradicionais enfrentam ao usinar micro-furos precisos em molibdênio.
O que é um laser de femtosegundo?
Laser de femtosegundo refere-se a um laser com largura de pulso no nível de femtosegundo. Um femtosegundo é uma unidade de tempo, onde 1 femtosegundo=10⁻¹⁵ segundos. Se estivéssemos nos movendo à velocidade da luz, o deslocamento em 1 femtossegundo seria de 0,3μm, demonstrando que 1 femtossegundo tem uma duração extremamente curta.
Em outras palavras, a curta duração do-pulso único de um laser de femtosegundo permite uma potência de pico extremamente alta. Portanto, ele pode obter a remoção instantânea do material alvo, resultando em efeitos de usinagem, como uma zona-afetada pelo calor (HAZ) mínima, sem camada de reformulação e sem micro-fissuras.
Por que o molibdênio precisa de lasers de femtosegundo?
O molibdênio possui propriedades físicas e químicas estáveis, tornando-o amplamente aplicável em cenários de alta-temperatura e alto-estresse. No entanto, correspondentemente, a usinagem do molibdênio é extremamente difícil. Especificamente:
1. Alta resistência e alta dureza:
O molibdênio é um metal de transição com forças de ligação interatômicas muito fortes, permitindo manter alta resistência e dureza tanto à temperatura ambiente quanto a temperaturas elevadas. Portanto, em campos extremamente de-temperatura e alta-pressão, como aeroespacial e semicondutores, o molibdênio é frequentemente escolhido como matéria-prima para bicos. Quando a usinagem mecânica tradicional é aplicada ao molibdênio, as ferramentas de corte ou brocas estão sujeitas a desgaste rápido. Além disso, o processo gera facilmente tensão de contato ou altas temperaturas localizadas, levando ao lascamento das bordas de micro-furos e à indução de micro{6}}fissuras.
2. Alto ponto de fusão:
O ponto de fusão do molibdênio chega a 2.623 graus e é resistente à ablação-de alta temperatura; portanto, seu processamento requer densidade de energia extremamente alta. Os lasers comuns, ao processar molibdênio, são extremamente propensos a causar uma grande zona-afetada pelo calor (HAZ), resultando em defeitos como crateras ou bordas em dente de serra ao longo das margens de corte.
Resumindo, as características do molibdênio de ser duro e refratário tornam a usinagem de precisão do material, especialmente a usinagem de micro-furos de alta{0}}precisão, excepcionalmente difícil. Os processos de perfuração tradicionais e os lasers comuns são, em sua maioria, incapazes de atender aos requisitos.
Equipamento de processamento a laser de micro e nano precisão
A tecnologia do laser de femtosegundo não é apenas uma simples atualização dos lasers convencionais; em vez disso, representa um avanço nos princípios de processamento enraizados na exploração e desenvolvimento contínuos da escala micrométrica. Ele é particularmente adequado-para requisitos de produtos que envolvem microfuros-de nível micro-, corte e gravação. Conseqüentemente, mesmo ao enfrentar materiais difíceis de-usinar-como o molibdênio, os lasers de femtossegundos podem realizar a tarefa com facilidade e precisão.
Isso ocorre porque os lasers de femtosegundo operam em extremos em termos de densidade de energia, tempo de interação, escala espacial e escala controlável de absorção de energia pelo material. Como resultado, os efeitos físicos e os mecanismos de interação utilizados durante o processo de fabricação são fundamentalmente diferentes dos processos tradicionais de interação de materiais-a laser. Portanto, eles permitem a usinagem de precisão máxima de micro-furos de molibdênio. Especificamente:
1. Tamanho do furo:
O processamento a laser de femtosegundo de materiais finos de molibdênio é geralmente limitado a uma espessura de 2 mm. Atualmente, dentro de uma faixa de espessura adequada, os lasers de femtosegundo podem usinar diâmetros mínimos de furo de 3 μm para furos cônicos e 20 μm para furos verticais. Isso é significativamente menor do que os processos tradicionais de usinagem de precisão, expandindo assim o escopo de aplicação dos micro-furos de molibdênio.
2. Verticalidade da parede lateral:
Os lasers de femtosegundo podem usinar furos cônicos e verticais. Particularmente para requisitos específicos, a flexibilidade da conicidade controlável oferecida pelos lasers de femtosegundo oferece uma vantagem distinta, permitindo melhor controle sobre a passagem de meios como íons, gases e líquidos.
3. Precisão Dimensional:
Os lasers de femtosegundo podem atingir diâmetro de furo ou precisão de corte dentro de ± 1 μm, um padrão que os lasers tradicionais ou processos de usinagem convencionais não conseguem atender. É um método de processamento relativamente próximo às técnicas de precisão de nível-nanométrico, como FIB (Focused Ion Beam) e fotolitografia, servindo como uma ponte conectando as escalas micrométrica e nanométrica.
4. Qualidade de processamento:
O processamento a laser de femtosegundo é um método de "ablação a frio" (processamento a frio), capaz de obter usinagem de micro-nível de micro-micro furos, sem rebarbas-, sem rachaduras-e com paredes laterais lisas. A rugosidade da parede interna desses micro-furos pode ser garantida dentro de Ra 0,4μm, ou mesmo tão baixa quanto 0,2μm. Essa característica permite que micro-furos de molibdênio processados por lasers de femtossegundos se destaquem no campo óptico, atendendo aos requisitos de processamento para aberturas em equipamentos-de imagem ou semicondutores de última geração.