TECHNOLOGY OF LASER THERMO SPLITTING OF FRAGILE
NON-METALLIC MATERIALS

Sphere of application

The technology can be applied in electronics, glass and aviation industries, in the sphere of architecture and building materials, as well as in other spheres of technics and production where there is the necessity of precision processing of items made of fragile non-metallic materials and the exclusive requirements to the brim quality.

Brief description and originality

Technology of controlled laser thermo splitting is used to cut fragile non-metallic materials. The essence of this technology involves formation of a crack formed by successive laser heating and the action of a coolant.

Biradiate technologies of laser thermo splitting with simultaneous use of laser beams with various wavelengths corresponding to the surface and volume absorption by the radiation energy material are applied for separation of fragile non-metallic materials. Simultaneous application of these laser beams allows controlling development of a laser-inducted crack by its form and depth of development. The abovementioned technology is protected by a whole range of patents of Republic of Belarus and Russian Federation. In order to optimize technological modes of processing, numerical modeling of the process of laser thermo splitting within the theory of thermo elasticity and linear fracture mechanics is used. Anisotropy of properties of various materials is also taken into consideration.

The technology allows obtaining the following features:

· cracks, perpendicular processing lines along the entire thickness of the material and to a given depth along rectilinear and curvilinear trajectories,

· cracks parallel to the treated surface,

· non-continuous cracks inclined to the surface treated

Actuality

The miniaturization of modern electronic equipment involves application of an element base in an appropriate design, and the use of miniature electronic components presents completely new requirements to electronic products. In many cases, the processing of components of these products is impossible while using traditional mechanical and chemical methods. Therefore, the unique properties of laser radiation as a precision tool ensuring the effectiveness of its use in the processing of electronic materials are of increasing interest. Application of laser thermo-splitting technology allows producing defect-free edges in products made from fragile non-metallic materials, which increases the strength of products with external mechanical or thermal impact on them.

ТЕХНОЛОГИЯ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМОРАСКАЛЫВАНИЯ
ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛОВ

Область применения

Технология может быть использована в электронной, стекольной и авиационной промышленностях, в области архитектуры и стройматериалов, а так же в других областях техники и производства, где существует необходимость прецизионной обработки изделий из хрупких неметаллических материалов, и к изделиям предъявляются повышенные требования к качеству кромки.

Краткое описание и новизна

Для резки хрупких неметаллических материалов используется технология управляемого лазерного термораскалывания, сущность которой заключается в образовании трещины, формируемой при последовательном лазерном нагреве и воздействии хладагента.

Для разделения используются двулучевые технологии лазерного термораскалывания с одновременным использованием лазерных пучков с длинами волн соответствующими поверхностному и объемному поглощению материалом энергии излучения. Одновременное использование таких лазерных пучков позволяет в широком диапазоне контролировать развитие лазерно-индуцированной трещины по форме и глубине развития. Данная технология защищена рядом патентов Республики Беларусь и Российской Федерации. Для оптимизации технологических режимов обработки используется численное моделирование процесса лазерного термораскалывания в рамках теории термоупругости и линейной механики разрушения, в том числе с учетом анизотропии свойств ряда материалов.

Технология позволяет получить:

· трещины, перпендикулярные линии обработки по всей толщине материала и на заданную глубину, по прямолинейным и криволинейным траекториям;

· трещины параллельно обрабатываемой поверхности;

· несквозные трещины под наклоном к обрабатываемой поверхности.

Актуальность

Миниатюризация современного электронного оборудования предполагает использование элементной базы в соответствующем исполнении, а использование миниатюрных электронных компонент предъявляет к изделиям электронной техники совершенно новые требования. Во многих случаях обработка компонент этих изделий невозможна с помощью традиционных механических и химических методов. Поэтому уникальные свойства лазерного излучения как прецизионного инструмента, обеспечивающего эффективность его применения при обработке материалов электронной техники, вызывают повышенный интерес. Применение технологий лазерного термораскалывания позволяет получить в изделиях из хрупких неметаллических материалов бездефектные кромки, что увеличивает прочность изделий при внешнем механическом или тепловом воздействии на них.

Шалупаев Сергей Викентьевич,
заведующий НИЛ «Новые материалы и технологии»,

кандидат физико-математических наук, доцент,

тел. +(375 29) 685-93-85, факс +(375 232) 60-30-02,

e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

http://www.nis.gsu.by

English Version

LASER TECHNOLOGIES IN PRODUCTION AND QUARTZ GLASS PROCESSING

Sphere of application, function: laser separation of quartz materials, laser thermo splitting of quartz glass.

Brief description: the method of beneficiation of natural quartz material by means of laser radiation can be used in acquisition of quartz grit of high purity which is the initial material for the production of transparent and optical quartz glass (used in optics, illuminating engineering, electronics, chemical industry). Method of glass cutting can be used in electronic, glass, aviation and other branches of national economics for non-waste high quality cutting of fragile non-metallic materials.

Originality: the method of benefication of natural quartz material by means of laser radiation gives an opportunity to acquire quartz grit of high purity by means of the processed material control using lasers with different wavelength; method of cutting of quartz glass gives an opportunity to execute thermo splitting of quartz glass of high quality by means of thermo-elastic stress measuring in the area of cutting and by means of dynamical management of technological processing parameters (such as intensity of laser radiation and/or processing speed) which provide the formation of the set rate of thermo-elastic stress in the processed material.

Relevance: developments are dedicated to the significant problem solving in the sphere of modern micro- and optoelectronics devices production – development of laser technology used for clearing of quartz grit of high purity and precision processing of quartz glass items.

Advantages over analogues: developments give an opportunity to enhance the purity of the quartz grit and to enhance quality and accuracy of laser thermo splitting of quartz glass.

Technical characteristics of laser complex:

· length of radiation wave mode СО₂ – 10.6 micrometers;

· length of radiation wave mode YAG – 1.06 micrometers;

· medium radiation power in continuous mode – no less than 60 Watts;

· operating cycle (X-direction) – 500 mm;

· operating cycle (Y-direction) – 500 mm;

· bridging distance – 0.01 mm;

· accuracy of microcracking – 0.15 mm;

· size of processed plates – 500х500 mm;

· theta displacement of a plate – 360 °;

· thermo splitting speed – 10÷100 mm per second.

Suggested forms of cooperation

Conclusion of agreements aiming at conduction of scientific research activities, conclusion of license agreement on assignment of property rights on development, assistance in the process of implementation.

Evgeny Shershnyov,

Head of the Department of General Physics,
Сandidate of engineering, docent

tel. +(375 232) 60-07-13, fax +(375 232) 60-30-02,

e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript ,

http://www.nis.gsu.by