Interaction of Laser Radiation (UV) with Materials

Abstract

Розглянута взаємодія лазерного випромінювання з речовиною. Для маркування неметалевих матеріалів використовують нагрівання нижче температури розм’якшення, термічна обробка потребує нагрівання до температур вище температури фазових перетворень, лазерне різання металів відбувається при нагріванні вище температури плавлення, а гравірування – вище температури плавлення або випаровування. Вибір лазера для проведення певного виду обробки визначається специфікою впливу лазерного випромінювання на даний матеріал і особливостями поставленого технологічного завдання. Все більше використання в промисловості знаходить лазерне випромінювання УФ-діапазону з довжиною хвилі λ = 355 нм, яке можна одержати за рахунок генерації третьої гармоніки. Надані рекомендації з використання малопотужних імпульсних лазерів УФ-діапазону при маркуванні, гравіруванні, різанні металевих та неметалевих матеріалів та поверхневому гартуванні сталей. В роботі наведені результати дослідження впливу довжини хвилі лазерного випромінювання на гравірування металів. Проведені дослідження свідчать, що гравірування променем з довжиною хвилі випромінювання λ = 0,355 мкм дозволяє одержати якісне зображення без оплавлення поверхні. Завдяки тому, що випромінювання з довжиною хвилі λ = 0,35 мкм однаково добре поглинається металами і діелектриками, УФлазери можуть застосовуватися для роздільних операцій в мікроелектроніці, наприклад, для різання гнучких друкованих плат з високою якістю. Зменшення діаметру плями фокусування УФ-лазеру у порівнянні з фокусуванням СО2-лазеру дозволяє знизити потужність випромінювання і проводити більш якісне різання. Порівняння термічного зміцнення сталей об'ємним гартуванням, лазерним гартуванням з оплавленням, лазерним гартуванням УФ-випромінюванням показало високу ефективність гартування УФвипромінюванням. Лазерну обробку в УФ-діапазоні раціонально застосовувати для локального поверхневого зміцнення деталей паливної апаратури, різальних інструментів.

The interaction of laser radiation with matter is considered. Marking of non-metallic materials requires heating below the softening point, heat treatment requires heating to temperatures above the phase transformation temperature, laser cutting of metals occurs with heating above the melting point, and engraving occurs above the melting or evaporation point. The choice of a laser for a certain type of processing is determined by the specific impact of laser radiation on a given material and the characteristics of the technological task at hand. Laser radiation in the UV range with a wavelength of λ = 355 nm, which can be obtained through third harmonic generation, is increasingly used in industry.Recommendations are provided for the use of low-power pulsed UV lasers for marking, engraving, cutting of metallic and nonmetallic materials and surface hardening of steels. The paper presents the results of a study of the effect of laser radiation wavelength on metal engraving. The studies show that engraving with a beam with a radiation wavelength of λ = 0.355 µm allows obtaining a high-quality image without melting the surface. Due to the fact that radiation with a wavelength of λ = 0.35 µm is equally well absorbed by metals and dielectrics, UV-lasers can be used for separation operations in microelectronics, for example, for cutting flexible printed circuit boards with high quality. Reducing the diameter of the focus spot of the UV-laser compared to the focus of the CO2-laser makes it possible to reduce the radiation power and perform better cutting. Comparison of thermal strengthening of steels by volume hardening, laser hardening with melting, laser hardening by UV-radiation showed high efficiency of hardening by UV-radiation. Laser processing in the UV-range is rationally used for local surface hardening of fuel equipment parts, cutting tools.