مولیبدن (Mo) یک ماده فلزی منحصر به فرد است. اگرچه عموماً بهعنوان یک فلز سفید نقرهای-غیرقابل توجه به نظر میرسد، اما خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار آن به آن اجازه میدهد تا به طور گسترده در سناریوهای-درجه حرارت بالا و{3}}بالا استفاده شود. این یک ماده خام ضروری برای صنایعی مانند هوافضا، انرژی هسته ای، نیمه هادی ها و پزشکی دقیق است. در نتیجه، ماشینکاری مولیبدن بسیار دشوار است. به طور خاص، هنگام انجام-ماشینکاری با دقت بالای میکرو-روی مولیبدن، اکثر فرآیندهای سنتی برای برآورده کردن الزامات تلاش میکنند.
فناوری لیزر فمتوثانیه به عنوان یک فرآیند ماشینکاری دقیق-میکرون{1}}، مزایایی مانند پردازش سرد (ابلیشن سرد)، عملکرد بدون استرس-، استقلال مواد و دقت بالا را ارائه میدهد و نقش مهمی در تولید میکرو{3}}نانو در زمینههای مختلف ایفا میکند. به طور خاص، ویژگی مستقل مواد{5}}لیزرهای فمتوثانیه به طور موثر چالشی را که فرآیندهای سنتی هنگام ماشینکاری سوراخهای ریز{6} دقیق در مولیبدن با آن مواجه میشوند، حل میکند.
لیزر فمتوثانیه چیست؟
لیزر فمتوثانیه به لیزری با عرض پالس در سطح فمتوثانیه اشاره دارد. فمتوثانیه واحدی از زمان است که در آن 1 فمتوثانیه=10-15 ثانیه است. اگر با سرعت نور حرکت میکردیم، جابهجایی در 1 فمتوثانیه 0.3 میکرومتر بود، که نشان میدهد یک فمتوثانیه مدت زمان بسیار کوتاهی است.
به عبارت دیگر، مدت زمان تک پالس کوتاه- لیزر فمتوثانیه، حداکثر توان بسیار بالایی را میدهد. بنابراین، میتواند به حذف آنی ماده مورد نظر دست یابد، و در نتیجه اثرات ماشینکاری مانند حداقل منطقه تحت تأثیر حرارت- (HAZ)، بدون لایهای دوباره ریختهشده، و بدون ترک{3} میکرو ایجاد میکند.
چرا مولیبدن به لیزر فمتوثانیه نیاز دارد؟
مولیبدن دارای خواص فیزیکی و شیمیایی پایداری است، که آن را به طور گسترده در سناریوهای-درجه حرارت بالا و{1}}در شرایط استرس بالا قابل استفاده است. با این حال، به همین ترتیب، ماشینکاری مولیبدن بسیار دشوار است. به طور مشخص:
1. استحکام بالا و سختی بالا:
مولیبدن یک فلز انتقالی با نیروهای پیوند بین اتمی بسیار قوی است که به آن اجازه می دهد استحکام و سختی بالایی را هم در دمای اتاق و هم در دمای بالا حفظ کند. بنابراین، در زمینههای بسیار{1}}دما و فشار{2} بالا مانند هوافضا و نیمهرساناها، مولیبدن اغلب بهعنوان ماده خام برای نازلها انتخاب میشود. هنگامی که ماشینکاری مکانیکی سنتی روی مولیبدن اعمال می شود، ابزارهای برش یا مته ها مستعد سایش سریع هستند. علاوه بر این، این فرآیند به راحتی تنش تماسی یا دمای بالای موضعی ایجاد میکند که منجر به بریدگی لبهها-خردها و ایجاد ترکهای میکرو-میشود.
2. نقطه ذوب بالا:
نقطه ذوب مولیبدن تا 2623 درجه است و در برابر- فرسایش در دمای بالا مقاوم است. بنابراین، پردازش آن نیاز به چگالی انرژی بسیار بالایی دارد. لیزرهای معمولی، هنگام پردازش مولیبدن، به شدت مستعد ایجاد یک ناحیه تحت تأثیر حرارت بزرگ (HAZ) هستند که منجر به نقص هایی مانند دهانه ها یا لبه های دندانه اره در امتداد حاشیه های بریده می شود.
به طور خلاصه، ویژگیهای سخت و نسوز بودن مولیبدن، ماشینکاری دقیق مواد، بهویژه ماشینکاری با دقت بالای میکرو- را بسیار دشوار میکند. فرآیندهای حفاری سنتی و لیزرهای معمولی عمدتاً قادر به برآورده کردن الزامات نیستند.
تجهیزات پردازش لیزری میکرو و نانو دقیق
فناوری لیزر فمتوثانیه صرفاً یک ارتقاء ساده لیزرهای معمولی نیست. بلکه نشان دهنده یک پیشرفت در اصول پردازش است که ریشه در اکتشاف و توسعه مداوم مقیاس میکرونی دارد. مخصوصاً-برای نیازهای محصول شامل سوراخهای میکرو-سطح میکرون، برش و حکاکی مناسب است. در نتیجه، لیزرهای فمتوثانیه حتی در صورت مواجهه با موادی مانند مولیبدن،-و{6}}ماشینکاری دشوار میتوانند این کار را با سهولت و دقت انجام دهند.
این به این دلیل است که لیزرهای فمتوثانیه از نظر چگالی انرژی، زمان برهمکنش، مقیاس فضایی و مقیاس قابل کنترل جذب انرژی توسط ماده، در نهایت کار می کنند. در نتیجه، اثرات فیزیکی و مکانیسمهای برهمکنش مورد استفاده در طی فرآیند تولید، اساساً با فرآیندهای متقابل لیزر سنتی{1}}مادی متفاوت است. بنابراین، آنها ماشینکاری دقیق نهایی حفره های ریز{3} مولیبدن را امکان پذیر می کنند. به طور مشخص:
1. اندازه سوراخ:
پردازش لیزر فمتوثانیه مواد نازک مولیبدن معمولاً به ضخامت 2 میلی متر محدود می شود. در حال حاضر، در محدوده ضخامت مناسب، لیزرهای فمتوثانیه می توانند حداقل قطر سوراخ 3 میکرومتر برای سوراخ های مخروطی و 20 میکرومتر برای سوراخ های عمودی را ماشین کنند. این به طور قابل توجهی کوچکتر از فرآیندهای ماشینکاری دقیق سنتی است، در نتیجه دامنه کاربرد سوراخهای میکرو{5} مولیبدن را گسترش میدهد.
2. عمودی دیواره جانبی:
لیزرهای فمتوثانیه می توانند هم سوراخ های مخروطی و هم سوراخ های عمودی را ماشین کنند. به ویژه برای نیازهای خاص، انعطاف پذیری مخروطی قابل کنترل ارائه شده توسط لیزرهای فمتوثانیه مزیت مشخصی را فراهم می کند و امکان کنترل بهتر بر عبور رسانه هایی مانند یون ها، گازها و مایعات را فراهم می کند.
3. دقت ابعادی:
لیزرهای فمتوثانیه می توانند به قطر سوراخ یا دقت برش در ± 1μm دست یابند، استانداردی که لیزرهای سنتی یا فرآیندهای ماشینکاری معمولی نمی توانند آن را برآورده کنند. این یک روش پردازش نسبتاً نزدیک به تکنیکهای دقیق سطح نانومتری مانند FIB (پرتو یون متمرکز) و فوتولیتوگرافی است که به عنوان پلی برای اتصال مقیاسهای میکرومتری و نانومتری عمل میکند.
4. کیفیت پردازش:
پردازش لیزری فمتوثانیه یک روش "فرسایش سرد" (پردازش سرد) است که میتواند به ماشینکاری در سطح میکرون-میکرو-حفرهای-آزاد، بدون ترک- و دارای دیوارههای جانبی صاف دست یابد. ناهمواری دیواره داخلی این حفرههای ریز را میتوان در ۰.۴ میکرومتر Ra یا حتی کمتر از ۰.۲ میکرومتر تضمین کرد. این ویژگی به حفرههای ریز{9} مولیبدنی که توسط لیزرهای فمتوثانیه پردازش میشوند اجازه میدهد در میدان نوری برتری داشته باشند و شرایط پردازش دیافراگم در تجهیزات تصویربرداری پیشرفته یا نیمهرساناها را برآورده کنند.