Laserunterstütztes Schleifen von Siliziumnitrid-Keramiken

von Babak Soltani, Amir Daneshi, Faramarz Hojati, Robert Bösinger, Bahman Azarhoushang , KSF Furtwangen 09. Juni 2020
Laserablation auf Si3N4 durch einen Festkörperpulslaser USPL mit IL=2.49×1011 W/cm2 (a, b). FL: Laser-Impulsfolgefrequenz, PL: Laserleistung
Ein neuartiges laserunterstütztes Schleifverfahren wurde entwickelt, um die Abtragsraten beim Schleifen von Si3N4 zu erhöhen.

Die Mikrostrukturierung der Werkstückoberfläche durch eine Pikosekunden-Laserbestrahlung, mit einer Wellenlänge von ca. 1000nm vor dem Schleifen, führte zu einer Reduzierung der spezifischen Schleifenergie um bis zu 55%. Um die Wechselwirkung zwischen Laser und Material zu untersuchen, wurde ein mathematisches Modell entwickelt. Das Modell ist in der Lage, die Tiefe der Laserablation und den Mechanismus der Wechselwirkung zwischen Laser und Material zu bestimmen.

Die aus dem Modell erhaltenen Daten wurden entsprechend mit experimentellen Ergebnissen validiert. Dementsprechend ist bei Laserintensitäten (IL) von mehr als 1.5 × 109W/cm2 die Laser-Material-Wechselwirkung eine "Multi-Photon-Ionisation" (MPI) ohne Auswirkungen von thermischen Schäden, während bei niedrigeren IL-Werten thermische Risse neben den erzeugten Lasernuten auftraten. Schließlich wurde die Oberflächengüte der geschliffenen Proben untersucht und es wurde festgestellt, dass eine leichte Verbesserung der geschliffenen Oberfläche durch laserunterstütztes Schleifen erreicht wurde.

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