水導(dǎo)激光為何革新硬脆性材料的精密加工

來源：發(fā)布時間：2025-02-16

硬脆材料一直是精密制造領(lǐng)域中的“硬骨頭”，這些材料在加工過程中極易產(chǎn)生微裂紋或邊緣崩裂，用傳統(tǒng)的切割方式往往難以滿足高精度和高良品率的雙重要求。

例如碳化硅陶瓷，因其高硬度、高熔點、高耐磨性和耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、半導(dǎo)體和新能源等行業(yè)。但在擁有高硬度的同時，碳化硅陶瓷在加工過程中也容易產(chǎn)生裂紋或邊緣崩裂，這些裂紋會影響成品的尺寸精度和外觀質(zhì)量，同時會降低部件的抗疲勞性，影響使用壽命。

然而，水導(dǎo)激光技術(shù)的出現(xiàn)，為硬脆材料的加工帶來了新思路：憑借獨特的水冷卻與沖刷作用，切割側(cè)壁更加平滑垂直，大幅減少了熱損傷和加工瑕疵，為行業(yè)帶來了一種新的解決方案。

一、水導(dǎo)激光技術(shù)原理

水導(dǎo)激光技術(shù)*早起源于瑞士，被應(yīng)用于鐘表加工。其工作原理可以分為以下幾個步驟：首先，高壓水通過噴嘴形成高速微射流；接著，激光透過玻璃窗聚焦在噴孔內(nèi)，與水射流耦合；隨后，激光能量通過水射流“水光纖”的導(dǎo)引作用，形成高能量密度的激光微射流；*終，激光微射流與材料表面相互作用，材料因受熱消融被水流帶走，從而實現(xiàn)高效、精確的加工。

在微射流的參與下，水導(dǎo)激光也具備了和傳統(tǒng)加工方式（如普通激光加工）有明顯區(qū)別的特征，如：

①加工深度無需調(diào)焦：水導(dǎo)激光無需調(diào)整焦點，加工深度可達60mm。

②切割面垂直無錐度：水射流的圓柱體結(jié)構(gòu)能有效傳導(dǎo)激光，使得切割面垂直且無錐度。

③硬脆材料加工無崩邊：水射流的持續(xù)冷卻作用明顯減少脆性材料的崩裂問題。

④無熱影響和掛渣：微射流可有效去除加工碎屑，加工區(qū)域幾乎無熱變形及熱應(yīng)力。

⑤切面粗糙度低：微射流能量均勻分布，避免傳統(tǒng)激光焦斑能量分布不均導(dǎo)致的燒蝕現(xiàn)象。

⑥切割損耗低：縫寬低至0.05mm，適合切割昂貴材料。

二、水導(dǎo)激光切割適用范圍

粉體圈于近日拜訪了東莞市科詩特技術(shù)有限公司，這是一家專注于水導(dǎo)激光加工技術(shù)研發(fā)及設(shè)備銷售的企業(yè)。通過與科詩特團隊的深入交流，我們也進一步了解到這一技術(shù)在硬脆材料加工中的應(yīng)用優(yōu)勢以及其典型案例，為接下來的分享提供了更具可信度的專業(yè)視角。

拜訪合照

①先進陶瓷加工

根據(jù)科詩特技術(shù)人員介紹，目前大部分陶瓷材料均可用水導(dǎo)激光加工，包括碳化物陶瓷（SiC、B₄C、WC、MoC、TiC）、氮化物陶瓷（Si₃N₄、BN、AlN）、氧化物陶瓷（Al₂O₃、ZrO₂、Ga₂O₃）、硼化物陶瓷（ZrB₂、LaB₆、TiB₂）。

水導(dǎo)激光在加工這些先進陶瓷材料時表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢——如為氧化鋯陶瓷打孔時，*小孔徑可達0.3mm；切割碳化硅件時*薄邊距達0.15mm，切面粗糙約低至0.8um；碳化硼零部件取芯長達60mm等?？傊畬?dǎo)激光技術(shù)能有效解決碳化硅、氮化硅、碳化硼、氧化鋯等先進陶瓷直角、異形、超薄件傳統(tǒng)加工方法無法加工等難題。

②半導(dǎo)體材料加工

在對晶硅、藍寶石、碳化硅晶片、CVD金剛石等半導(dǎo)體材料進行晶錠滾圓/取芯、晶片改小、晶片異形加工等操作時，水導(dǎo)激光憑借無熱影響區(qū)、無微裂紋和切割面平整度高的特點，能夠滿足前列芯片和光電器件制造的嚴(yán)格要求。加工厚度范圍為0.05-25mm，不*可取芯、切邊、切口、異形加工一機多用，而且邊料完整，切面粗糙度*為1um左右。