Ob beim Laserschneiden von Siliziumnitrid (Si₃N₄) Hilfsgas benötigt wird, hängt von der Materialdichte und -dicke ab.
1. Anwendungsszenarien
----Poröses Si₃N₄ niedriger Dichte (8 mm): Kann mit einem 1-kW-QCW-Laser (Spitze 3 kW) unter Verwendung von Luft und speziellen Parametern geschnitten werden; Qualität ist akzeptabel.
----Dichtes, heißgepresstes Si₃N₄ (8 mm): Auch bei einem 10-kW-Spitzenlaser wird eine Stickstoffunterstützung empfohlen. Luft sollte vermieden werden.
2. Grundprinzipien
Bei 8 mm dickem Si₃N₄ umfasst das Laserschneiden eine thermische Ablation und Vergasung. Das Hilfsgas spielt drei entscheidende Rollen:
----Entfernen Sie geschmolzene/verdampfte Rückstände: Bei hohen Temperaturen entstehen geschmolzenes Si und SiO₂; Ohne Gas verstopft die Schnittfuge, was zu unvollständigen Schnitten oder Absplitterungen führt.
----Kühlen und Risse verhindern: Dicke Bretter akkumulieren hohe thermische Spannungen; Gas leitet Wärme ab und verhindert so Brüche und Kantenabsplitterungen.
----Sauerstoff ausschließen, um Oxidation zu vermeiden: Luft oder O₂ bilden eine Oxidschicht, die den Schnitt schwärzt, die Rauheit erhöht und die Festigkeit verringert.
3. Gasauswahl unterstützen
----Hochreiner Stickstoff (N₂, 99,99 %): Am gebräuchlichsten und kostengünstigsten; verhindert Oxidation, bläst Schmutz weg, kühlt und hinterlässt einen sauberen Schnitt. Druck: 0,6–0,8 MPa. Geeignet für Clips, Positionierungsklammern, komplexe Teile, Halbleiter und NEV-Komponenten.
----Hochreines Argon (Ar, 99,999 %): Inerte, kleinere Wärmeeinflusszone, extrem glatte Schnitte mit nahezu null Absplitterungen. Ideal für automobiltaugliche und hochpräzise Substrate, aber teuer.
----Luft oder O₂ verboten: Verursacht geschwärzte Schnitte, Grate und starke Absplitterungen; für Präzisionskeramik nicht akzeptabel.
4. Praktische Parameter
----Lasertyp: Faserlaser / UV-Pikosekunden
----Hilfsgas: Hochreines N₂, 0,7 MPa
----Leistung: Faserlaser 500–1000 W
----Schneidmethode: Schichtringschneiden, 3–4 Durchgänge, um Risse zu vermeiden
----Fokus: Negativer Fokus (unterhalb der Materialoberfläche) sorgt für eine gleichmäßige Schnittfuge
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