Светолучевая обработка

Светолучевая обработка основана на применении лазера (квантовый генератор (усилитель) когерентного излучения оптического диапазона). Температура в зоне действия луча доходит до 8000 °С. Важное свойство лазерного излучения — когерентность (волновые лучи идут друг за другом, распространяются в одном направлении, имеют одинаковую длину волны и находятся в фазе друг с другом). Луч лазера фокусируется в пятно диаметром 1... 10 мкм.

Лазер на основе синтетического рубина показан на рис. 2.5. Он представляет собой оксид алюминия, в котором некоторые из атомов алюминия заменены атомами хрома (до 0,05%), являющимися активными центрами. Рубиновый стержень изготавливают из монокристалла, полученного выращиванием в плазменной индукционной печи. Диаметр стержня 2—20 мм, длиной 80—200 мм.

Торцы рубина 1 отполированы и представляют собой зеркала. Один торец покрыт плотным непрозрачным слоем серебра, а другой (со стороны линзы 4) имеет коэффициент пропускания около 8%. Линза 4 формирует испускаемое излучение и направляет его к обрабатываемому изделию 3. Рубин 1 и импульсная лампа вспышки 5 устанавливают в камере 2. Внутренняя поверхность камеры отполирована и является отражателем света. Зарядный агрегат б состоит из батареи конденсаторов 7. С помощью пускового устройства 8 происходит разряд конденсаторов и появляется вспышка света длительностью 10^-3 с. Свет фокусируется на рубиновом стержне, в результате чего атомы хрома переходят на более высокий энергетический уровень. Если большинство атомов окажется на верхнем уровне, то будут происходить процессы индуцированного (вынужденного) излучения.

Рис. 2.5 – Схема квантового генератора

Основной задачей при создании квантовых генераторов является получение инверсионного состояния, т. е. такого, когда число атомов на верхнем уровне превышает их число на нижнем уровне. Луч света, образовавшийся в результате возвращения атомов в исходное состояние, проходя вдоль оси рубина и многократно отражаясь достигает большой интенсивности и проходит через полупрозрачный торец рубина.

Лазерную технологию используют при производстве электронных устройств, для получения отверстий малого размера в твердых материалах (ферритах, стекле), сварки, термообработки, скрайбирования, маркировки и так далее. Светолучевая сварка имеет малую длительность термического цикла, что обеспечивает возможность обработки материалов, чувствительных к воздействию теплоты. Краткость импульсов предотвращает возможность получения крупнозернистой структуры и окисления металлов (сварка монтажных соединений в интегральных микросхемах (ИС)).

Сварка световым лучом выполняется в воздухе, в атмосфере инертных газов, в вакууме. При этом не требуется защиты обслуживающего персонала от рентгеновского облучения, вследствие чего оборудование значительно упрощается. В производстве ИС используют процесс скрайбирования, который заключается в нанесении на поверхность материала канавок, после чего материал легко раскалывается. Лазеры применяют при маркировке хрупких изделий малых размеров и для зачистки монтажных проводов.