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厚膜电路陶瓷基片,的激光无损切割

发表时间: 2019-03-08 10:24:14

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裂纹是厚型陶瓷类材料激光切割所需解决的问题。热量注入导热性差的厚板材料中,会产生很大的热应力积累,在应力特别是非平衡分布应力的作用下,极易导致裂纹产生。需要说明的是,这里的“厚型”有一定的数值范围:应用于机械工程领域实用成形陶瓷类非金属零构件的材料厚度一般均超过1mm,多为几毫米乃至十几毫米,厚度超过20mm以上的陶瓷类材料,特别是具有高密度低缺陷的该类材料,从现行烧结制备工艺来说也是难度极大。厚型陶瓷类材料的制备,往往会伴随密度的下降,而密度的下降将会明显降低激光切割的难度。因此针对实际应用意义,该领域激光加工技术的研究可放在厚度20mm以下的陶瓷无损切割。厚型陶瓷类材料的加工往往对切缝的要求不高。但其加工损伤将随陶瓷厚度的增加而愈发严重,其无损切割难度已成为制约激光切割陶瓷技术发展的瓶颈。该类材料的切口断面往往有一层熔凝层,经显微分析,重凝层的厚度仅在20mm左右,而断面裂纹则分布于熔凝层上。陶瓷的硬脆特性使得这一熔凝层结构疏松且极易脱落,其上裂纹并不渗入基体材料,对基体材料没有不良影响。如图7(a)所示左半部分是重凝层区域,右侧上方白色箭头所示为重凝层脱落后的基体材料。因此相比薄型材料,该类硬脆性厚型陶瓷激光切割研究的应放在垂直于切缝的工件表面裂纹的产生和扩展

 

按照热传导基本原理对硬脆性陶瓷激光切割中的热效应行为进行了分析。发现现行“脉冲激光连续走刀”方式在薄型陶瓷类材料切割中的成功,是由于材料在高能激光作用下的迅速穿透,个数有限的脉冲对材料表面温升的影响可以近似等同于单个脉冲,脉冲问隙足以保证温度的冷却,从而抑制了因热应力作用而产生的裂纹;但对于该类厚型材料,脉冲数的增加对材料温升的影响无法忽略,且连续走刀的扫描方式也无法有效减弱激光束前一个加工点的残余热量对后一个加工点的累积效应,这种热积累效应将随加工路径的延长、加工路径拐点的出现而加剧,尤易造成曲线、角形等内轮廓的切割失败。特别是在每次“连续走刀”没有穿透切缝的情况下,更会由于熔化材料的反冲塞效应、凝渣的堆积、辅助气氛仅局限于辐照面浅层区域的有限冷却作用,而增加这种热积累效应及随之的应力分布失衡,导致裂纹出现。因此,对该类材料的切割,仅采取工艺调整是不够的,还需要开发新的工艺。

 

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