セラミック材料の超高能率精密微細加工技術の開発

陶瓷材料超高效精密微加工技术开发

基本信息

批准号：
22KF0116
负责人：
杉田直彦
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

セラミック材料(Al2O3, AlN, Si3N4, ZrO2等)は, 熱的, 力学的, 化学的および電気的に優れた特性を有し, 最先端製品の製造に広く用いられている．既存のフェムト秒レーザ加工法によるセラミック材料の加工は, 低いエネルギ効率および局所的なマイクロクラックの発生により, 高効率, 高精度, 高品質な加工を実現できていない.本研究は, 局所的かつ過渡的な光誘導結晶粒界変化のメカニズムに基づいて, セラミック材料の表面付近でのフェムト秒レーザの散乱を取り除き, 高密度微細スケールの電子励起領域(金属相)発生の制御を実現することで, 最終的にセラミック材料の高速精密微細加工の実現を目指す.今年度は，セラミック加工の超高速観察プラットフォームおよびダブルパルスフェムト秒-マイクロ秒レーザ加工プラットフォームを構築した．ポンプ-プローブ法などの超高速観察技術を改良し，フェムト秒レーザ照射時のジルコニアセラミック内部の電子励起領域（金属相）の生成と発展過程を明らかにした．また，実験によって，セラミックの表面散乱を低減させ、高密度微細電子励起領域を誘導することに成功した．さらに，超高速カメラ観察技術を使用して，セラミック材料のダブルパルスフェムト秒-マイクロ秒レーザ加工の材料除去メカニズムを明らかにし，セラミック材料の加工効率を大幅に向上さた．従来のフェムト秒レーザ加工と比較して，加工効率は5000倍以上に向上した．

陶瓷材料（AL2O3，ALN，SI3N4，ZRO2等）具有出色的热，机械，化学和电性能，并且广泛用于制造尖端产品。使用现有的飞秒激光处理方法处理陶瓷材料尚未以高效率，高精度和高质量的高质量来实现，这是由于能源效率低和局部微裂纹生成而产生的。这项研究旨在通过去除陶瓷材料表面附近的飞秒激光器的散射并控制高密度细尺度电子激发区（金属相）的产生，以实现陶瓷材料的高速精密微加工。今年，我们构建了一个用于陶瓷加工的超高速度观察平台，并建立了一个双脉冲飞秒秒二秒激光处理平台。超高速度观察技术（例如泵探针方法）已得到改进，以阐明在飞秒激光照射期间氧化锆陶瓷内电子兴奋区（金属相）的形成和开发过程。此外，已经使用实验来减少陶瓷的表面散射并诱导高密度的细电子激发区。此外，使用超高速度摄像头观察技术，阐明了陶瓷材料的双脉冲飞秒二秒激光处理的材料去除机制，从而显着提高了陶瓷材料的加工效率。与常规的飞秒激光处理相比，处理效率已提高了5,000次。