在元件上開(kāi)個(gè)小孔是件很常見(jiàn)的事。但是,如果要求在堅(jiān)硬的材料上,比如在硬質(zhì)合金上打大量0.1毫米到幾微米直徑的小孔,用普通的
機(jī)械加工工具怕是不容易辦到,即使能夠做,加工成本也會(huì)很高。現(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)在材料上打微型小孔是采用每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)或者幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)小鉆頭加工的,用這個(gè)辦法一般也只能加工孔徑大于0.25毫米的小孔。在今天的工業(yè)生產(chǎn)中往往是要求加工直徑比這還小的孔。比如在電子工業(yè)生產(chǎn)中,多層印刷電路板的生產(chǎn),就要求在板上鉆成千上萬(wàn)個(gè)直徑約為0.1~0.3毫米的小孔。顯然,采用剛才說(shuō)的鉆頭來(lái)加工,遇到的困難就比較大,加工質(zhì)量不容易保證,加工成本不低。早在本世紀(jì)60年代后,科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室就用
激光在鋼質(zhì)刀片上打出微小孔,經(jīng)過(guò)近30年的改進(jìn)和發(fā)展,如今用激光在材料上打微小直徑的小孔已無(wú)困難,而且加工質(zhì)量好。打出的小孔孔壁規(guī)整,沒(méi)有什么毛刺。打孔速度又很快,大約千分之一秒的時(shí)間就可以打出一個(gè)孔。
NQ 6oyg@& l7^^MnkC 激光在材料上鉆出小孔的道理很簡(jiǎn)單(激光鉆孔),做法也不復(fù)雜。激光有很好的相干性,用
光學(xué)系統(tǒng)可以把它聚焦成直徑很微小的光點(diǎn)(小于1微米),這相當(dāng)于用來(lái)鉆孔的“微型鉆頭”。其次,激光的
亮度很高,在聚焦的焦點(diǎn)上的激光能量密度(平均每平方厘米面積上的能量)會(huì)很高,普通一臺(tái)
激光器輸出的激光,產(chǎn)生的能量就可以高達(dá)109焦耳/厘米2,足可以讓材料發(fā)生熔化并汽化,在材料上留下一個(gè)小孔,和用鉆頭鉆出來(lái)的一個(gè)樣。
5=|h~/.k l/zv > 怎樣用好激光“鉆頭”,激光科學(xué)工作者也做了許多研究工作。他們發(fā)現(xiàn),用每秒發(fā)射許多個(gè)光脈沖(通常叫高重復(fù)率激光脈沖)做“鉆頭”,打出來(lái)的小孔質(zhì)量比用單個(gè)光脈沖,或每秒時(shí)間內(nèi)少數(shù)幾個(gè)光脈沖打出來(lái)的孔好。道理大概是這樣:在用每秒一個(gè)光脈沖或少數(shù)幾個(gè)脈沖打孔時(shí),對(duì)每個(gè)光脈沖的激光能量要求比較高,讓材料能被加熱至熔化才能打出孔。但是,融熔了的材料沒(méi)有辦法充分汽化,卻把在它附近的材料加熱和使它們汽化,結(jié)果,被打出來(lái)的小孔在形狀大小上就不那么規(guī)整。如果使用的是高重復(fù)率激光器輸出的光脈沖,這時(shí)每個(gè)光脈沖平均的能量并不很高,但由于光脈沖的寬度窄,功率水平卻不低。于是每個(gè)激光脈沖在材料上形成的融熔體不多,主要是發(fā)生汽化。由于使小孔附近的材料加熱時(shí)融熔體很少,因而也就不出現(xiàn)在用單脈沖打孔時(shí)出現(xiàn)的事。打出的小孔形狀和大小就規(guī)整得多了。
>Jx=k"Kv+ 6LGl]jHf 要使打出的小孔質(zhì)量高,還需要注意激光焦點(diǎn)位置的選擇。選擇焦點(diǎn)位置的原則大致是這樣:對(duì)于比較厚的材料,
激光束焦點(diǎn)位置應(yīng)位于工件的內(nèi)部,如果材料比較薄,激光束焦點(diǎn)需放在工件表面的上方。這樣的安排會(huì)讓打出來(lái)的小孔上下大小基本上一致,不出現(xiàn)“桶狀”的小孔。
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