Siliziumkarbid für Laserbearbeitungsanwendungen: Verbesserung der Laserbeständigkeit und der thermischen Stabilität
Mit dem zunehmenden Einsatz von Hochleistungs-Faserlasersystemen in der Metallverarbeitung, der Präzisionsbearbeitung und der Elektronikfertigung steigt der Bedarf an Materialien, die widerstandsfähig gegen diese Einflüsse sind.
Die optische Energie nimmt rasant zu. Unter den Hochleistungskeramiken etabliert sich Siliziumkarbid (SiC) als führendes Material. Seine Kombination aus hoher Laserbeständigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit und allgemeiner Stabilität macht es hervorragend geeignet für moderne Laserbearbeitungsanwendungen.
Warum Siliziumkarbid (SiC) in Laserbearbeitungsanwendungen hervorragend geeignet ist
1. Hervorragende Beständigkeit gegen Laserschäden
Siliziumkarbid (SiC) wird aufgrund seiner außergewöhnlichen Laserbeständigkeit, insbesondere in Hochenergieumgebungen, sehr geschätzt. Mit einem Schmelzpunkt nahe 2700 °C behält SiC seine strukturelle Integrität auch unter intensiver Laserbestrahlung. Andere Hochleistungskeramiken – wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Aluminiumnitrid – können sich verfärben, Risse bekommen oder verbrennen.
Die starke kovalente Bindungsstruktur und die geringe optische Absorption von SiC ermöglichen eine weitaus überlegene Beständigkeit gegen Laserschäden.
2. Hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe Absorption bei Laserwellenlänge
Eine effiziente Wärmeableitung ist für alle Laserbearbeitungsanwendungen von entscheidender Bedeutung.
Siliziumkarbid (SiC) bietet folgende Eigenschaften:
♦ Hohe Wärmeleitfähigkeit von 120–200 W/m·K
♦ Geringe Absorption bei der üblichen Faserlaserwellenlänge von 1064 nm
♦ Verringertes Risiko von thermischer Rissbildung oder Oberflächenverbrennung
Dieses ausgewogene Verhältnis von hoher Wärmeleitfähigkeit und optischer Stabilität unterscheidet SiC von anderen Hochleistungskeramiken und macht es ideal für anspruchsvolle thermische Laserzyklen.
3. Mechanische und thermische Stabilität unter Hochenergie-LaserbedingungenS
Bei dynamischen Laserbearbeitungsanwendungen sind die Bauteile einer schnellen Erhitzung, dem Aufprall von Partikeln und mechanischen Vibrationen ausgesetzt.
Siliziumkarbid (SiC) behält seine Stabilität aufgrund folgender Eigenschaften:
♦ Härte nahe Mohs 9
♦ Hohe Temperaturwechselbeständigkeit
♦ Hohe Steifigkeit und Dimensionsstabilität
Diese Eigenschaften tragen dazu bei, dass SiC seine Planheit und Ausrichtungsgenauigkeit beibehält – was für Substrate, Masken, optische Vorrichtungen und Strukturelemente von entscheidender Bedeutung ist.
4. Chemische Inertheit gegenüber Metalldämpfen
Beim Hochenergie-Laserschneiden oder -schweißen können heiße Metalldampf- und Oxidpartikel mit vielen Materialien chemisch reagieren.
Siliziumkarbid (SiC) bleibt chemisch inert und korrosionsbeständig, wodurch eine stabile Leistung und eine gleichbleibende Beständigkeit gegen Laserschäden während des gesamten industriellen Langzeiteinsatzes gewährleistet werden.
Vergleich von Siliciumcarbid mit anderen Hochleistungskeramiken
| Eigentum | Siliciumcarbid (SiC) | Aluminiumoxid | Aluminiumnitrid | Zirkonoxid | Siliziumnitrid |
|---|---|---|---|---|---|
| Laserbeständigkeit | Exzellent | Schwach | Schwach | Arm | Mäßig |
| Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) | 120–200 | 18–30 | 170–200 | 2–3 | 15–30 |
| Schmelz- / Zersetzungstemperatur | ≈2700°C | ≈2050°C | ≈2200°C | ≈2700°C (instabil) | ≈1900°C |
| Beständigkeit gegen Temperaturschocks | Hoch | Medium | Arm | Arm | Medium |
| Härte | Hoch | Medium | Medium | Hoch | Medium |
| Chemische Inertheit | Hoch | Medium | Niedrig | Medium | Medium |
Dieser Vergleich verdeutlicht, warum Siliziumkarbid (SiC) eines der besten Gesamtleistungsprofile unter den Hochleistungskeramiken für Laserbearbeitungsanwendungen bietet.
Masceras Perspektive: Unterstützung der SiC-Einführung in Lasertechnologien
Mascera ist auf Hochleistungskeramik spezialisiert, darunter Siliziumkarbid (SiC), Aluminiumoxid und Siliziumnitrid. Obwohl laserspezifische Komponenten noch nicht den Kern unseres Produktportfolios bilden, steigt die Nachfrage nach SiC-Bauteilen mit Laserbeständigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit stetig.
Wir unterstützen unsere Kunden aktuell durch:
♦ SiC-Substratentwicklung
♦ Laserbeständige Keramikarmaturen
♦ Hochpräzise Strukturkeramikbauteile
♦ Kleinserien- und Prototypenfertigung für Laserbearbeitungsanwendungen
Mit Expertise im Materialverhalten und der Bearbeitung von Hochleistungskeramiken will Mascera die SiC-Kompetenzen erweitern, um den sich wandelnden Anforderungen von Lasersystemen der nächsten Generation gerecht zu werden.
