薄脆性非金属材料的激光加工

激光作为一种先进的加工工具，已经越来越广泛地在工业生产中发挥着举足轻重的作用。随着激光技术自身的不断发展完善，其凭借着在加工质量、加工复杂度、加工效率及清洁环保等优势，不但在不锈钢、铜、合金等各类金属材料加工中获得青睐，而且也正在玻璃、陶瓷、蓝宝石、半导体硅晶圆、PCB 板等各种非金属材料加工中突显出独特优势。
薄脆性材料的加工挑战
在非金属加工领域，薄脆性材料的激光加工备受关注。随着智能手机、LED 照明、平板电脑、以及可穿戴设备等消费电子产品的不断发展迭代，玻璃、蓝宝石和陶瓷等材料，凭借着自身具备的独特优质属性而获得了广泛应用，比如坚硬的钢化玻璃用作于智能手机的显示屏 ；坚硬且化学性质稳定的陶瓷用于制作电子零部件衬底和绝缘材料 ；坚硬耐划的蓝宝石用于 LED 衬底、手机摄像头保护玻璃、智能手机显示屏、智能手表的盖板玻璃等。
在这些应用中使用的玻璃、蓝宝石或陶瓷等材料，厚度通常较薄，硬度越来越高，非常易碎。而在加工要求上，上述应用通常需要在这些薄脆易碎的材料上实施非常精密的切割、钻孔甚至开槽等加工过程，这使得传统的铣、钻、磨等机械加工工艺面临着极大的挑战，因为材料极薄极脆，加工过程中因接触而施加到材料上的任何应力，都可能导致材料碎裂，最终报废。
然而，传统机械加工方式所面临的挑战，却为非接触性的激光加工带来了更多机会。
超快激光应对加工挑战
玻璃、陶瓷、蓝宝石等薄脆性非金属材料的精密加工，通常使用超快激光。超快激光脉冲持续时间极短，在纳秒、皮秒甚至是飞秒级别，将适度的激光能量作用在材料表面，通过打断材料的化学键而实现材料去除目的，在这个过程中，激光能量还来不及向加工范围周围传递，加工过程便已结束，因此产生的热量几乎可以忽略不计，材料不会产生热损伤。
随着这些脆性材料在 LED、智能手机、可穿戴设备等产品中的应用越来越多，致力于这类脆性材料加工的激光器、激光系统及相关科研机构也不断增多，他们的努力也促进了这类脆性材料激光加工技术的不断发展。