Владимир Степанович Кондратенко, д. т. н., профессор, советник ректора, главный научный сотрудник центра, профессор кафедры
Инжиниринговый центр; Институт перспективных технологий и индустриального программирования; кафедра оптико-электронных приборов и систем
119454; пр-т Вернадского, д. 78; Москва
Scopus Author ID 15834985700, ResearcherID AFF-0251-2022
Vladimir S. Kondratenko, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Advisor to the Rector, Chief Researcher of the Center, Professor at the Department
Engineering Center; Institute for Advanced Technologiesand Industrial Programming; Department of Optical and Electronic Devices and Systems
119454; 78, Vernadskogo pr.; Moscow
Scopus Author ID 15834985700, ResearcherID AFF-0251-2022
Виктор Викторович Кадомкин, к. т. н., доцент, старший научный сотрудник центра
Институт кибербезопасности и цифровых технологий; кафедра КБ-2 «Информационно-аналитические системы кибербезопасности»; Инжиниринговый центр
119454; пр-т Вернадского, д. 78; Москва
Scopus Author ID 57208646297
Viktor V. Kadomkin, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor, Senior Researcher of the Center
Institute for Cybersecurity and Digital Technologies; Department of Information and Analytical Cybersecurity Systems; Engineering Center
119454; 78, Vernadskogo pr.; Moscow
Scopus Author ID 57208646297
Цели. Целью работы является разработка технологического процесса прецизионной лазерной резки хрупких материалов: стекла, полупроводниковых материалов и оптических материалов.
Методы. Применение новых промышленных лазеров с коротким и ультракоротким импульсным излучением позволило создать новую технологию лазерной иммерсионной обработки материалов (ЛИОМ). В технологии ЛИОМ при воздействии на материал лазерного излучения с короткими и ультракороткими импульсами в контактной зоне материала с охлаждающей иммерсионной жидкостью формируется малоразмерная область, которая заполнена сверхкритическим флюидом, полученным в результате поглощения энергии лазерного излучения. Эта область располагает достаточно большой удельной энергией и в технологии ЛИОМ выполняет функцию теплового аккумулятора (ТА). При этом температурное воздействие на обрабатываемый материал продолжается и после завершения импульса лазерного излучения до самоликвидации ТА с превращением сверхкритического флюида в иммерсионную жидкость без образования газовой фазы.
Результаты. Рассмотрены процессы взаимодействия импульсного излучения обрабатываемого материала и иммерсионной жидкости в контактной зоне с образованием сверхкритического флюида. Определены состав и свойства рабочего тела в зоне лазерного воздействия. Обосновано существование ТА, обеспечивающего интенсификацию процесса резки материала при одновременном снижении зоны термического воздействия. Интенсификация процесса резки материала в зоне ТА определяется как увеличением длительности теплового воздействия ТА на обрабатываемый материал, так и наличием в составе сверхкритического флюида высокоактивных атомарных и молекулярных соединений.
Выводы. В результате проведенных исследований разработана новая технология ЛИОМ, позволяющая выполнять высокоэффективное лазерное сверление микроотверстий диаметром от 30 мкм, формирование отверстий произвольной формы и резов по криволинейным контурам как в хрупких оптически прозрачных материалах, так и в оптически непрозрачных материалах с высоким качеством кромки, гарантированной повторяемостью и высокой производительностью процесса резки.
Objectives. The work set out to develop a technological process for low-defect laser cutting of fragile materials, including glass, semiconductor materials, and various optical materials.
Methods. The advent of new industrial lasers based on short- and ultra-short pulse radiation has made it possible to create new technologies for laser immersion processing of materials (LIPM). The LIPM technology applies short- and ultra-short laser radiation to a material to form a small-sized region in the contact zone of the material with the cooling immersion liquid, which is filled with a supercritical fluid resulting from the absorption of laser radiation energy. This region, which has a relatively high specific energy, serves as a thermal accumulator (TA) in the LIPM technology. At the same time, the temperature effect on the processed material continues after the completion of the laser pulse until the self-destruction of the TA along with the transformation of the supercritical fluid into an immersion liquid without the formation of a gas phase.
Results. The processes of interaction between pulsed radiation, the processed material, and the immersion liquid in the contact zone with the formation of a supercritical fluid are described along with a determination of the composition and properties of the working body in the laser impact zone. The existence of TA is confirmed to intensify the material cutting process while simultaneously reducing the thermal impact zone. The intensification of the material cutting process in the TA zone is determined by both the increased duration of the thermal impact of the TA on the processed material and the presence of highly active atomic and molecular compounds in the supercritical fluid.
Conclusions. As a result of the conducted research, a new LIPM technology was developed that allows for high-efficiency laser drilling of microholes having a diameter of 30 μm or less, as well as the formation of holes of arbitrary shape and cuts along curved contours in both fragile optically transparent and optically opaque materials with high quality.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.