[發明專利]一種應用于碳化硅陶瓷的高效潔凈減薄方法

在審

• 申請號: 202011295353.0
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112548344A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李曉鵬;支新濤;王大森;袁松梅;王克鴻
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/142;B23K26/70
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發明涉及一種應用于碳化硅陶瓷的高效潔凈減薄方法。該方法為對固定的碳化硅工件進行激光輻照處理，利用短脈沖激光高能量、短作用時間的特征，誘導碳化硅陶瓷在作用區域產生庫倫爆炸，作用區域陶瓷等離子化、氣化，實現減薄效果。該方法采用脈沖激光作為能量來源，安全潔凈，減薄位置可控，殘余應力小，減薄形狀不受限。本發明適用于需要對表面進行減薄或者局部加工的碳化硅材質產品。

技術領域

本發明涉及碳化硅減材加工技術領域，具體地說是一種應用于碳化硅陶瓷的高效潔凈減薄方法。

背景技術

SiC材料具有良好的物理和化學性能，如化學性能穩定、熱膨脹系數小、耐腐蝕、抗磨損、高強度、高硬度等一系列優點，因而在機械電子、復合材料、航空航天等領域具有廣闊的應用前景。如在噴氣和汽車引擎的制造中有大量的微小孔結構；成為制備反射鏡的首選材料，并且已經在一定范圍內得到了應用；同時在芯片制造領域，也面臨著大量微小結構的加工任務，如通孔或不通孔等。用作該類結構的陶瓷材料雖多，而SiC則以其優異的性能而成為首選材料。但由于SiC晶體結構的特殊性和高硬度，成為公認的典型難加工材料。

對于碳化硅的減材加工，現在主要采用磨削的手段進行加工去除，但存在砂輪磨損快、切削液污染環境、加工面積受限和加工效率低等問題。磁流變加工雖然具有較高的表面精度，但存在加工效率低，切削液污染等問題。離子束加工雖然精度較高，但去除材料的效率很低，約為1.9mm³/min，不能滿足大量元件的加工。

因此，實現碳化硅工件的高效、無污染、局部精密加工已成為高精尖設備的關鍵技術。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種應用于碳化硅陶瓷的高效潔凈減薄方法。該方法是一種采用潔凈的高功率激光輻照的方法，實現碳化硅工件的局部減薄。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

應用于碳化硅陶瓷的高效潔凈減薄方法，包括抽氣，固定，調節激光參數，繪制掃描路徑，調整加工工藝規程。

碳化硅高效潔凈減薄方法，具體步驟為：

步驟1，放置碳化硅工件在激光工作臺上，待加工部位對應激光方向。

步驟2，打開真空泵，使工件固定到工作臺上。

步驟3，繪制加工軌跡圖形，并導入到激光器控制系統中。

步驟4，打開抽氣泵。

步驟5，調節激光參數，設置加工工藝規程，使焦點按照掃描軌跡圖形進行移動，實現預定區域的材料減薄。

本發明中的激光是指納秒、皮秒和飛秒脈寬級別的紅外激光。

本發明中的步驟2中激光工作臺與步驟3中的真空泵相連，實現工件的真空固定吸附。

本發明中的步驟3中掃描軌跡圖形，需要根據加工部位和形狀進行繪制。

本發明中的步驟5中激光參數包含脈寬、頻率和功率。

本發明中的步驟5中加工工藝規程包含離焦量、掃描速度、重復掃描次數和進給深度。

具體為，激光的脈寬300fs～100ns，波長800nm～1064nm，功率2W～40W，頻率0.2MHz～1MHz，離焦量-0.5mm～3mm，掃描速度100mm/s～1000mm/s；

加工軌跡應滿足光斑重疊率為50％～90％，臨近軌跡的間距是光斑直徑的0.1倍～0.6倍；加工工藝規程包含：重復次數1～50次；進給量0.01～0.3mm。