Naujienos ir renginiai

FTMC mokslininkai Lazerinio mikroapdirbimo technologijų laboratorijoje (LMTL) išdirbo lazerinio safyro pjovimo technologiją, kuria pavyko pasiekti pasaulinį pjovimo greičio rekordą - iki 300 mm/s. Pasak dr. M. Gedvilo, tokiu būdu buvo dvigubai pagerintas iki šiol FTMC mokslininkų pasiektas lazerinio safyro pjovimo greičio rekordas - iki 150 mm/s (tyrimo rezultatai publikuoti 2017 m.  https://www.nature.com/articles/s41598-017-05548-x) ir net 6 kartus viršytas Prancūzijos mokslininkų dar anksčiau fiksuotas šios technologijos pjovimo rekordinis greitis – 50 mm/s (tyrimo rezultatai publikuoti 2016 m. https://doi.org/10.1117/12.2209274).

 

Mokslininkų dr. M. Gedvilo ir dr. G. Račiukaičio tyrimą „Zigzago pavidalo vidinių įtrūkimų evoliucija, inicijuota lazerio impulsų voromis, ypatingai greitam safyro pjovimui“ (angl. „Spatial zigzag evolution of cracks in moving sapphire initiated by bursts of picosecond laser pulses for ultrafast wafer dicing"), kurio metu buvo pasiekti rekordiniai rezultatai, paskelbė atviros prieigos „Royal Society of Chemistry“ grupės žurnalas „RSC Advances“.

 

 

Pasak FTMC mokslininkų, šios publikacijos autorių, safyras pasižymi puikiomis fizikinėmis, optinėmis bei cheminės savybėmis. Po deimanto - tai yra antra pagal kietumą medžiaga, todėl safyro beveik neįmanoma subraižyti ar sudaužyti. Jis - labai laidus termiškai, atlaiko didžiules temperatūras, yra optiškai skaidrus plačiame diapazone, o chemiškai beveik su niekuo nereaguoja.

 

Dėl visų šių savybių safyras labai plačiai taikomas – pirmiausia, kaip padėklas šviesos diodų (LED) technologijoje. Taip pat safyro kristalai naudojami kaip „Vertu“ kompanijos gaminamų prabangių „išmaniųjų“ telefonų nesubraižomas ekranas, mobiliųjų telefonų „Apple" kamerų apsauga bei įrėžimams atsparių šveicariškų laikrodžių apsauginis stikliukas.

 

Taip pat safyras yra itin kietas, pasižymi cheminiu inertiškumu, todėl šio mineralo apdirbimo kaina yra iš tiesų didelė. Ir smarkiai apriboja safyro pritaikymo pasaulinėje pramonėje galimybes: įvairiuose įrenginiuose lengvai dūžtantį ir susibraižantį stiklą pakeisti safyru yra per brangu. Dėl to iki šiol jis naudojamas tik prabangiuose buities įrenginiuose bei išskirtiniuose mokslo ar kosmoso projektuose.

 

Tačiau, pažymi FTMC mokslininkai, aukštųjų lazerinių technologijų vystymas ir jų pritaikymas medžiagų apdirbimui – atveria Lietuvos lazerių ir apdirbimo staklių pramonei naujas galimybes pasaulinėje rinkoje. Dr. M. Gedvilo, vieno iš tyrimą atlikusių autorių, nuomone, būtent safyro padėklų lazerinis raižymas yra viena iš sričių, kur tinkamas lazerinių technologijų panaudojimas gali būti itin efektyvus metodas lazerinio apdirbimo procesui įgyvendinti.

 

Pasak FTMC mokslininkų, žinoma, kad jų atlikti išsamūs tyrimai, kuriuos skelbia žurnalas „RSC Advances“ publikacijoje „Spatial zigzag evolution of cracks in moving sapphire initiated by bursts of picosecond laser pulses for ultrafast wafer dicing”, rodo, jog šiuo metu plačiausiai pramonėje naudojami safyro padėklų būdai - lazerinė abliacija ultravioletine spinduliuote nanosekundiniu lazeriu arba mechaninis raižymas deimantiniu disku - nėra labai efektyvūs. Naudojant deimantinį diską, safyras yra skeliamas, tuomet susidaro gana daug šiukšlių, o pats brangus diskas turi būti dažnai keičiamas.

 

Proceso greitį ir tinkamų naudojimui lustų išeigą mažina mechaninio rėžio plotis. Šiuo metu rinkoje dominuoja safyro raižymo procesas, kur naudojami nanosekundiniai lazeriai, generuojantys ultravioletinę šviesą (355 nm arba 266 nm bangos ilgio). Sufokusuotas ultravioletinės (UV) lazerio spinduliuotės pluoštas dalinai įpjauna safyro padėklą, kuris vėliau sulaužomas į lustus. Įprastai, norint pasiekti maždaug 30% padėklo storio gylį, tenka keletą kartų skenuoti lazerio spinduliu. Dažniausiai naudojamas pjovimas iš safyro pusės, panaudojant 355 nm bangos ilgio nanosekundinius lazerius. Tuomet susidaro nemažai nuosėdų, tačiau jos nusėda neaktyvioje LED pusėje. Nanosekundiniai lazeriai leidžia pasiekti tik iki 75 mm/s pjovimo greitį. Anot publikacijos autorių, tai paskatino mokslininkus naudoti pikosekundinį lazerį, sukeliant pažeidimus bandinio tūryje. Šis procesas vadinamas „paslėptuoju raižymu“. Tokiu atveju bandinio paviršius, priešingai nei naudojant kitus metodus, nėra užteršiamas, rėžio plotis yra labai mažas – išvengiami pašaliniai skilimai bei sumažinami gamybiniai kaštai.

 

Vis dėlto, paslėptasis skaidrių padėklų raižymas lazeriu nėra idealus. Anot FTMC tyrėjų, kyla problema: naudojama lazerio spinduliuotė privalo būti skaidri raižomam bandiniui ir, fokusuojant bandinio tūryje, ji turi būti sugeriama dėl netiesinės sugerties. Tai - neefektyvu.

 

FTMC mokslininkų išradimas, kurio metu atlikti išsamūs moksliniai tyrimai ir jų rekordiniai rezultatai skelbiami publikacijoje „Spatial zigzag evolution of cracks in moving sapphire initiated by bursts of picosecond laser pulses for ultrafast wafer dicing”, susijęs su su safyro pjovimu, panaudojant lazerinę spinduliuotę, veikiančią tokiu impulsų paketų režimu, kuriuo pasiekiamas didelis pjovimo greitis pasvirusiomis dinaminėmis pažaidomis.

 

Pirminė šio mokslinio išradimo, kurio rezultatai – naujas rekordas, idėja buvo pjaustyti safyrą, panaudojant naujausius lazerinės spinduliuotės impulsų paketus. Pasak tyrimo autorių, lazerinėse technologijose, paremtose ultratrumpųjų impulsų lazeriais, greitinant technologinius procesus, yra naudojami lazerio impulsų spiečiai – sekos su mažu, dešimčių nanosekundžių laiko tarpu tarp impulsų, kai elektroniniai sistemos sužadinimai dar nespėja surelaksuoti. Tokiu būdu galima žymiai sustiprinti lazerio spinduliuotės poveikį medžiagai bei išnaudoti šiluminės energijos akumuliavimąsi labai lokalizuotoje medžiagos zonoje.

 

Mokslinių tyrimų metu FTMC LTS Lazerinio mikroapdirbimo technologijų laboratorijoje dr. G. Račiukaitis ir dr. M. Gedvilas išvystė inovatyvią, itin spartaus lazerinio safyro pjovimo technologiją, kurios greitis iki 300 mm/s ir pasiekė safyro lazerinio pjovimo greičio rekordą. Pasak mokslininkų, tai labai svarbus ir svarus pasiekimas aukštųjų lazerinių technologijų srityje. Lazeriai, generuojantys impulsų sekas, dar vadinamas impulsų paketais (angl. k. - burst), Lietuvoje sukurti gana neseniai. Jų pritaikymas inovatyvių technologijų vystymui ir vykdomi moksliniai šios srities tyrimai yra itin aktualūs.

 

• Šio FTMC mokslinio tyrimo eksperimentams impulso paketų generavimui buvo naudojamas naujausios kartos lietuviškas UAB „Ekspla“ lazeris. 

• Publikacijos nuoroda: https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ra/d0ra06791a