Le molybdène (Mo) est un matériau métallique unique. Bien qu'il apparaisse généralement comme un métal blanc argenté-insignifiant, ses propriétés physiques et chimiques stables lui permettent d'être largement utilisé dans des scénarios de-température et de-stress élevés. C'est une matière première indispensable pour des industries telles que l'aérospatiale, l'énergie nucléaire, les semi-conducteurs et la médecine de précision. Par conséquent, l'usinage du molybdène est extrêmement difficile ; en particulier, lors de l'usinage de micro-trous-de haute-précision sur le molybdène, la plupart des processus traditionnels ont du mal à répondre aux exigences.
En tant que processus d'usinage de pointe-avec une précision au micron-de précision, la technologie laser femtoseconde offre des avantages tels que le traitement à froid (ablation à froid), un fonctionnement-sans contrainte, l'indépendance des matériaux et une haute précision, jouant un rôle important dans la micro-nanofabrication dans divers domaines. Plus précisément, la caractéristique indépendante du matériau des lasers femtoseconde résout efficacement le défi auquel les processus traditionnels sont confrontés lors de l'usinage de micro-trous précis dans le molybdène.
Qu'est-ce qu'un laser femtoseconde ?
Le laser femtoseconde fait référence à un laser avec une largeur d'impulsion au niveau femtoseconde. Une femtoseconde est une unité de temps, où 1 femtoseconde=10⁻¹⁵ secondes. Si nous nous déplacions à la vitesse de la lumière, le déplacement en 1 femtoseconde serait de 0,3 μm, démontrant qu’1 femtoseconde est une durée extrêmement courte.
En d'autres termes, la courte durée d'impulsion unique-d'un laser femtoseconde permet une puissance de crête extrêmement élevée. Par conséquent, il peut obtenir un retrait instantané du matériau cible, ce qui entraîne des effets d'usinage tels qu'une zone affectée thermiquement minimale-(ZAT), aucune couche de refonte et aucune micro-fissures.
Pourquoi le molybdène a-t-il besoin de lasers femtoseconde ?
Le molybdène possède des propriétés physiques et chimiques stables, ce qui le rend largement applicable dans des scénarios de-température et de-stress élevés. Cependant, l’usinage du molybdène est extrêmement difficile. Spécifiquement:
1. Haute résistance et haute dureté :
Le molybdène est un métal de transition doté de très fortes forces de liaison interatomique, lui permettant de conserver une résistance et une dureté élevées à la fois à température ambiante et à température élevée. Par conséquent, dans les domaines de températures et de pressions extrêmement élevées-telles que celles de l'aérospatiale et des semi-conducteurs, le molybdène est souvent choisi comme matière première pour les buses. Lorsque l’usinage mécanique traditionnel est appliqué au molybdène, les outils de coupe ou les forets sont sujets à une usure rapide. De plus, le processus génère facilement des contraintes de contact ou des températures élevées localisées, conduisant à l'écaillage des micro-trous et à l'induction de micro-fissures.
2. Point de fusion élevé :
Le point de fusion du molybdène atteint 2623 degrés et il résiste à l'ablation à haute température ; par conséquent, son traitement nécessite une densité énergétique extrêmement élevée. Les lasers ordinaires, lors du traitement du molybdène, sont extrêmement susceptibles de provoquer une grande zone affectée thermiquement (HAZ), entraînant des défauts tels que des cratères ou des bords en dents de scie le long des marges coupées.
En bref, les caractéristiques du molybdène étant dures et réfractaires, rendent l'usinage de précision du matériau, en particulier l'usinage de micro-trous de haute -précision, exceptionnellement difficile. Les procédés de forage traditionnels et les lasers ordinaires sont pour la plupart incapables de répondre aux exigences.
Équipement de traitement laser de micro et nano précision
La technologie laser femtoseconde n’est pas simplement une simple mise à niveau des lasers conventionnels ; il représente plutôt une percée dans les principes de traitement ancrés dans l’exploration et le développement continus de l’échelle micrométrique. Il est particulièrement bien-adapté aux exigences de produits impliquant des micro-trous, une découpe et une gravure au niveau du micron. Par conséquent, même face à des matériaux difficiles-à-usiner comme le molybdène, les lasers femtoseconde peuvent gérer la tâche avec facilité et précision.
En effet, les lasers femtoseconde fonctionnent à des niveaux extrêmes en termes de densité d'énergie, de temps d'interaction, d'échelle spatiale et d'échelle contrôlable d'absorption d'énergie par le matériau. En conséquence, les effets physiques et les mécanismes d'interaction utilisés au cours du processus de fabrication sont fondamentalement différents des processus traditionnels d'interaction laser-matériaux. Par conséquent, ils permettent un usinage de précision ultime des micro-trous de molybdène. Spécifiquement:
1. Taille du trou :
Le traitement au laser femtoseconde des matériaux fins en molybdène est généralement limité à une épaisseur inférieure à 2 mm. Actuellement, dans une plage d'épaisseur appropriée, les lasers femtoseconde peuvent usiner des diamètres de trou minimum de 3 μm pour les trous coniques et de 20 μm pour les trous verticaux. Ceci est nettement plus petit que les processus d'usinage de précision traditionnels, élargissant ainsi le champ d'application des micro-trous de molybdène.
2. Verticalité des parois latérales :
Les lasers femtoseconde peuvent usiner à la fois des trous coniques et des trous verticaux. En particulier pour des exigences spécifiques, la flexibilité de la conicité contrôlable offerte par les lasers femtoseconde offre un avantage distinct, permettant un meilleur contrôle du passage de milieux tels que les ions, les gaz et les liquides.
3. Précision dimensionnelle :
Les lasers femtoseconde peuvent atteindre un diamètre de trou ou une précision de coupe de ±1 μm, une norme que les lasers traditionnels ou les processus d'usinage conventionnels ne peuvent pas respecter. Il s'agit d'une méthode de traitement relativement proche des techniques de précision au niveau nanométrique- telles que le FIB (Focused Ion Beam) et la photolithographie, servant de pont reliant les échelles micrométriques et nanométriques.
4. Qualité de traitement :
Le traitement laser femtoseconde est une méthode « d'ablation à froid » (traitement à froid), capable de réaliser un usinage de micro-trous au niveau du micron-sans bavures-, sans fissures- et avec des parois latérales lisses. La rugosité de la paroi interne de ces micro-trous peut être garantie à Ra 0,4 μm, voire aussi bas que 0,2 μm. Cette caractéristique permet aux micro-trous de molybdène traités par les lasers femtoseconde d'exceller dans le domaine optique, répondant ainsi aux exigences de traitement des ouvertures des équipements d'imagerie haut de gamme ou des semi-conducteurs.