Molübdeen (Mo) on ainulaadne metallmaterjal. Ehkki see näib üldiselt silmapaistmatu hõbe-valge metallina, võimaldavad selle stabiilsed füüsikalised ja keemilised omadused seda laialdaselt kasutada kõrgel-temperatuuril ja{3}}kõrge stressi korral. See on asendamatu tooraine sellistes tööstusharudes nagu lennundus, tuumaenergia, pooljuhid ja täppismeditsiin. Järelikult on molübdeeni töötlemine äärmiselt keeruline; eelkõige molübdeeniga -täpse mikro-aukude töötlemisel on enamikul traditsioonilistest protsessidest raske nõudeid täita.
Tipptasemel-mikroni-täppistöötlusprotsessina pakub femtosekundiline lasertehnoloogia eeliseid, nagu külmtöötlus (külmablatsioon), pingevaba töö-, materjalist sõltumatus ja suur täpsus, mängides olulist rolli mikro-nanotootmises erinevates valdkondades. Täpsemalt lahendab femtosekundiliste laserite materjalist{5}sõltumatu omadus tõhusalt väljakutse, millega traditsioonilised protsessid molübdeenis täpsete mikro{6}aukude töötlemisel kokku puutuvad.
Mis on femtosekundiline laser?
Femtosekundiline laser viitab laserile, mille impulsi laius on femtosekundi tasemel. Femtosekund on ajaühik, kus 1 femtosekund=10⁻¹⁵ sekundit. Kui me liiguksime valguse kiirusel, oleks nihe 1 femtosekundis 0,3 μm, mis näitab, et 1 femtosekund on äärmiselt lühike kestus.
Teisisõnu võimaldab femtosekundilise laseri lühike ühe{0}impulsi kestus saavutada äärmiselt kõrge tippvõimsuse. Seetõttu võib see saavutada sihtmaterjali viivitamatu eemaldamise, mille tulemuseks on töötlemisefektid, nagu minimaalne soojus{2}}mõjutatud tsoon (HAZ), uuesti valatud kiht ja mikro{3}}praod.
Miks vajab molübdeen femtosekundlasereid?
Molübdeenil on stabiilsed füüsikalised ja keemilised omadused, mistõttu on see laialdaselt rakendatav kõrge{0}}temperatuuri ja{1}}kõrge stressi korral. Siiski on molübdeeni töötlemine äärmiselt keeruline. Täpsemalt:
1. Kõrge tugevus ja kõrge kõvadus:
Molübdeen on siirdemetall, millel on väga tugevad aatomitevahelised sidumisjõud, mis võimaldab säilitada kõrget tugevust ja kõvadust nii toatemperatuuril kui ka kõrgemal temperatuuril. Seetõttu valitakse düüside tooraineks äärmuslikult kõrge-temperatuuri ja-kõrgsurvega valdkondades, nagu kosmosetööstus ja pooljuhid, sageli molübdeen. Kui molübdeenile rakendatakse traditsioonilist mehaanilist töötlemist, kuluvad lõikeriistad või puuriterad kiiresti. Lisaks tekitab protsess kergesti kontaktpingeid või lokaalseid kõrgeid temperatuure, mis viib mikro{5}}aukude servade lõhenemiseni ja mikro{6}}pragude tekkeni.
2. Kõrge sulamistemperatuur:
Molübdeeni sulamistemperatuur on kuni 2623 kraadi ja see on vastupidav kõrgel temperatuuril{1}}ablatsioonile; seetõttu nõuab selle töötlemine äärmiselt suurt energiatihedust. Tavalised laserid on molübdeeni töötlemisel väga altid tekitama suurt soojustsooni (HAZ), mille tulemuseks on defektid, nagu kraatrid või saehamba servad lõikeservades.
Lühidalt öeldes muudavad molübdeeni kõvad ja tulekindlad omadused materjali täppistöötluse, eriti -täpse mikro-aukude töötlemise, erakordselt keeruliseks. Traditsioonilised puurimisprotsessid ja tavalised laserid ei suuda enamasti nõudeid täita.
Mikro- ja nanotäppislasertöötlusseadmed
Femtosekundiline lasertehnoloogia ei ole lihtsalt tavapäraste laserite uuendus; pigem kujutab see läbimurret töötlemispõhimõtetes, mille juured on mikroniskaala pidevas uurimises ja arendamises. See sobib eriti-hästi tootenõuetele, mis hõlmavad mikron-taset mikro-auke, lõikamist ja söövitamist. Järelikult saavad femtosekundilised laserid ülesandega hõlpsalt ja täpselt hakkama isegi siis, kui seisavad silmitsi raskesti{5}}töötletavate-materjalidega, nagu molübdeen.
Selle põhjuseks on asjaolu, et femtosekundilised laserid töötavad äärmuslikel juhtudel energiatiheduse, interaktsiooniaja, ruumilise skaala ja materjali poolt energia neeldumise kontrollitava skaala osas. Selle tulemusena erinevad tootmisprotsessis kasutatavad füüsikalised mõjud ja interaktsioonimehhanismid põhimõtteliselt traditsioonilistest laser{1}materjalide interaktsiooniprotsessidest. Seetõttu võimaldavad need molübdeenist mikro{3}}aukude ülimat täppistöötlust. Täpsemalt:
1. Ava suurus:
Õhukeste molübdeenmaterjalide femtosekundiline lasertöötlus on üldiselt piiratud paksusega 2 mm. Praegu suudavad femtosekundilised laserid sobivas paksusvahemikus töödelda koonusekujuliste aukude minimaalse läbimõõduga 3 μm ja vertikaalsete aukude puhul 20 μm. See on oluliselt väiksem kui traditsioonilised täppistöötlusprotsessid, laiendades seeläbi molübdeeni mikro{5}}aukude rakendusala.
2. Külgseina vertikaalsus:
Femtosekundilised laserid võivad töödelda nii kitsenevaid kui ka vertikaalseid auke. Eriti konkreetsete nõuete puhul annab femtosekundiliste laserite pakutava juhitava koonuse paindlikkus selge eelise, võimaldades paremini kontrollida selliste kandjate nagu ioonid, gaasid ja vedelikud läbipääsu.
3. Mõõtmete täpsus:
Femtosekundilised laserid suudavad saavutada ava läbimõõdu või lõiketäpsuse ±1 μm piires, mis on standard, mida traditsioonilised laserid või tavapärased töötlemisprotsessid ei suuda täita. See on töötlemismeetod, mis on suhteliselt lähedane nanomeetri-taseme täppistehnikatele, nagu FIB (fookustatud ioonkiir) ja fotolitograafia, mis toimib sillana, mis ühendab mikromeetri ja nanomeetri skaalasid.
4. Töötlemise kvaliteet:
Femtosekundiline lasertöötlus on "külmablatsiooni" (külmtöötluse) meetod, mis võimaldab saavutada mikroni-tasemel mikro-aukude töötlemist, mis on jäme-vaba, pragudeta-ja siledate külgseintega. Nende mikro{5}}aukude siseseina karedus on garanteeritud vahemikus Ra 0,4 μm või isegi 0,2 μm. See omadus võimaldab femtosekundiliste laseritega töödeldud molübdeeni mikro{9}aukudel optilises väljas silma paista, täites kõrgekvaliteediliste{10}}kujutusseadmete või pooljuhtide avade töötlemise nõuded.