웨스트레이크 대학 연구팀은 고전력 레이저 시스템에 대한 유망한 열 관리 기능을 가진 신규 SiC 금속체를 개발했습니다.

웨스트레이크 대학교의 민 큐 교수가 이끄는 연구팀은 새로운 균일성 4H-SiC (실리콘 카바이드) 금속제를 성공적으로 개발했습니다.고전력 레이저 처리에서 열 이동을 해결하는 독특한 솔루션을 제공합니다..

4H-SiC의 높은 열전도와 낮은 손실 특성을 활용함으로써 새로운 메탈렌은 복잡한 외부 냉각 시스템이 필요하지 않고 효과적으로 열 유행을 억제합니다.

이 돌파구는 고전력 레이저 시스템에 중요한 지원을 제공할 뿐만 아니라 정밀 기기, 극지 탐사, 항공우주 등 다양한 분야에서 새로운 가능성을 열어줍니다.매우 높은 가공 정확성과 표면 품질을 요구하는 응용 프로그램에서, 4H-SiC 금속은 고전력 레이저 시스템에 더 효율적이고 컴팩트한 솔루션을 제공하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

관련 논문4H-SiC 금속: 고전력 레이저 방사선에서 열 유동 효과를 완화합니다.최근 출판되었습니다.첨단 재료[1]

고전력 레이저 처리 에서 열 유동 을 해결 하기 위한 새로운 전략

연구자들은 고전력 레이저 정밀 절단에서 반복되는 문제를 관찰했습니다. 장기간 작동하면 렌즈에 열이 축적됩니다.내부 광학적 요소를 변형시키고 가공 일관성과 형태를 손상시키는.

이것은 광학 구성 요소에 의해 레이저 에너지의 부분 흡수에서 비롯되며 열으로 변환됩니다.지역 과열이 발생하면 효과적이지 않은 열 분산으로 인해 발생합니다..

이를 해결하기 위해 연구팀은 표면에 수십억 개의 나노 기둥 (200~400nm 지름과 ~1μm 깊이) 이 설계된 투명한 4H-SiC 금속체를 제조했습니다.

-SiC의 높은 굴절 지수 덕분에, 나노 기둥 차원을 조정함으로써 우리는 광적 단계를 조작하고 상업용 렌즈와 비교할 수 있는 집중 성능을 얻을 수 있습니다.이 제품과 함께높은 열전도성보쿠 첸은, "효율적인 열분 dissipation은 훨씬 더 얇은 장치에서 실현된다".라고 말했다.

탁월 한 열 안정성 의 실험적 증명

시뮬레이션된 산업 조건에서 연구팀은 그들의 4H-SiC 금속체를 일본 미투토요의 선도적인 상업적 목표물과 비교했습니다.1시간 동안 1030nm 펄스 레이저 방사선, 4H-SiC 금속은 3.2 °C의 온도 상승만을 보였으며, 초점 이동은 전통적인 목표물에 비해 10분의 1에 불과했습니다.

일반적인 냉각은 일반적으로 외부 물 냉각 고리에 의존하여 열을 제거하여 시스템 복잡성, 비용, 에너지 소비 및 탄소 배출을 증가시킵니다.

반면, 금속 기반 용액은 추가 냉각 구성 요소를 필요로 하지 않습니다. 렌즈를 단순히 장착하면 고체 상태에서 빠르게 열을 추출할 수 있습니다.사용 및 유지보수를 간소화하면서 장기 운영.

대량 생산 으로 나아가는 것

현재 다양한 용도로 여러 종류의 SiC 금속 렌즈가 제조되었으며 비용을 줄이고 처리량을 높이기 위해 노력 중이다.이 기술은 이미 여러 회사와 기관과 협력하여 적용되었습니다..

4H-SiC 금속 렌즈는 점점 더 까다로운 환경에서 고전력 레이저 시스템의 적용을 가속화 할 것으로 예상됩니다.

SiC 재료에 대한 우리의 전문 지식을 활용하여, 우리는 SiC 기반 제품의 전체 범위를 공급 할 수 있습니다.다음을 포함합니다.

4H-SiC와 6H-SiC기판(연구 및 장치 등급, 2~6인치)

SiC 에피탈시얼 웨이퍼(n형/p형, HPSI, 맞춤형 두께와 도핑)

광학 등급SiC 유리창과 렌즈

패턴화 된 SiC 기체광전자 및 MEMS 장치용

주문제공SiC 부품(열분기, 레이저 거울, 정밀 부품)

- 네

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참조

1. 첸, B., et al.4H-SiC 금속: 고전력 레이저 방사선 에서 열 유동 효과 를 완화 하는 것.첨단 재료, 2024, 2412414.https://doi.org/10.1002/adma202412414