激光切割——鐵氧體加工新趨勢

什麽(me) 是鐵氧體(ti) 材料？

鐵氧體(ti) 是一種含有鐵元素的複合氧化物材料。隨著20世紀40年代無線電技術的發展，鐵氧體(ti) 磁性材料由於(yu) 具有高電阻率、較強的介電性能以及在高頻時具有較高的磁導率等優(you) 點，得到了廣泛的應用。

在生產工藝上，鐵磁體性能好、成本低、工藝簡單、又能節省大量貴金屬，已成為高頻弱電領域中很有前景的一種非金屬磁性材料^[1]。有文獻報道顯示，稀土等軸尖晶石型及石榴石型磁性材料的研製，在某些方麵提高了單相鐵氧體材料的電磁性能^[2]。

目前無線充電領域中廣泛使用的是基於法拉第電磁感應原理的Qi標準，其定義框架對應使用設備的工作頻率通常在110～205 kHz高頻段^[3]，這十分有利於鐵氧體發揮其高頻高磁導率的優勢。以軟磁鐵氧體材料製作成的隔磁片，在無線充電係統中起著增高感應磁場和屏蔽線圈磁場，防止金屬電池中形成渦流損耗發熱的作用^[4]。

鐵氧體隔磁片的種類分為硬磁片和軟磁片。硬磁片由高溫燒結而成的鐵氧體片，具有較高的導磁率，材質堅硬易開裂，常用在無線充電的發射端。而軟磁片則是由合金磁粉添加到塑膠或橡膠中，再經加工成型製成。軟磁片材質較柔軟，厚度非常薄，可根據無線充電方案所需隔磁片的形狀尺寸進行衝切，定製度較高，常用於無線充電接收端，如圖1。

圖1 鐵氧體隔磁片在無線充電接收端和發射端的應用

激光切割：鐵氧體(ti) 加工的新趨勢

激光誕生於(yu) 20世紀60年代，經過50多年來的發展，已經成為(wei) 了現代信息社會(hui) 光電子產(chan) 業(ye) 的重要支柱。激光加工作為(wei) 一種先進製造技術，實現了光、機、電技術相結合，目前正處於(yu) 向傳(chuan) 統製造技術工藝過程積極滲透的階段^[5-6]，已廣泛應用於(yu) 汽車、電子、電器、航空、冶金、機械製造等國民經濟重要部門，對提高產(chan) 品質量、勞動生產(chan) 率和自動化，減少材料消耗，實現零汙染等起到越來越重要的作用。

激光加工通常以切割為主。激光切割是利用經聚焦獲得的高功率密度激光束照射工件，使材料被照射的區域迅即達到熔點，使之溶化和燒蝕，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現割開工件的一種熱切割方法^[7-8]。

激光切割具有許多優(you) 點：

★ 縫窄(0.11 mm～0.15 mm)，節省材料；

★ 工件熱變形小；

★ 隻需定位而不需夾緊、劃線，工件無機械應力及表麵損傷(shang) ；

★ 能切割脆性材料和極軟、極硬的材料；

★ 切口平行度好、切邊潔淨，可直接用於(yu) 焊接；

★ 切割速度高(可達10 m/min以上)；

★ 易於(yu) 實現數控或計算機控製，並可多工位操作等。

由於鐵氧體隔磁片是一種硬度較高的磁片材料，來料為塊狀，需要進行覆膜後裁切，材料硬度較大，用傳統的加工方法容易傷刀，且片材的加工效率較低。因此采用激光加工成為了鐵氧體加工新的趨勢。

新型激光加工工藝方案

光學係統的特光學係統是激光加工的核心，高性能的激光器和配套光學組件確保了光斑均勻性和加工性能，實現了良好的加工效果。

1）光學係統

圖2 加工光路簡易圖

圖2是加工光路簡易圖。其中激光器為華日激光C係列35 W綠光激光器（圖3），通過華日定製的掃描係統將激光器出射光進行聚焦和掃描，可以實現隨加工表麵的不斷變化，實現激光焦距的聯動，從而對鐵氧體進行切割加工。

圖3 華日C係列35 W綠光激光器外觀圖

2）激光器的光學特性

激光器上升特性、光斑效果、M²趨勢等光學特性的試驗結果如圖4、5、6所示。圖7展示了激光器功率隨重複頻率變化的規律。

圖4 激光器上升沿曲線

圖5 激光器的光斑

圖6 激光器的M²數據

圖7 激光器功率隨重複頻率變化規律圖

由上圖表所示，華日C係列35 W綠光激光器上升沿良好，功率隨著重複頻率的變化始終穩定在30-40 W之間，激光器的兼容性好，同時輸出的光斑圓度大於90%，M²小於1.2，具有較好的光束質量。

表1 工藝參數表

采用華日激光C係列35 W綠光激光器對鐵氧體(ti) 隔磁片進行切割加工，製定的參數為(wei) 重複頻率在100-250 kHz，脈寬在0.5-1.0μs，掃描速度在2500-3000 mm/s，加工次數為(wei) 80-100次，CT時間在2 min左右。

結論

通過上圖，我們(men) 可以看到，采用該套工藝參數，華日C係列35 W綠光激器對鐵氧體(ti) 隔磁片的切割效率快，切割效果佳，切割邊緣有輕微的熱影響，如圖8所示。

圖8 鐵氧體切割效果示意圖

參考文獻

[1] 李萌遠,李國棟.鐵氧體(ti) 物理學.北京:北京出版社,1978.

[2] Tsang-Tse Fang,Hwang J B,Shiau F S.Conductivity mecharism of La³⁺doped M-type calcium ferrite[J]. Journal of Materials Science letters,1992,11(18):1217～1218.

[3] 陳新,張桂香.電磁感應無線充電的聯合仿真研究[J].電子測量與(yu) 儀(yi) 器學報2014,28(4):434－440.

[4] 陳德清.電動汽車無線充電係統損耗分析及結構優(you) 化[D].北京:中國科學院大學,2015.

[5] 邱小林.激光熔覆TiC金屬基陶瓷塗層的研究[J].熱加工工藝,2006,35(10):19-22.

[6] 唐英,楊傑.激光熔覆鎳基粉末塗層的研究[J].熱加工工藝,2004,(2):16- 17.

[7] Fomin V M,Malikov A G,Orishich A M,et al.Similarity of Heat Fluxes upon Laser Oxygen Cutting of Steel [J].TECHNICAL PHYSICS(S1028-3358),2011,436(2):184-187.

[8] 洪蕾,米承龍,李力鈞.底部氣流對CO₂激光切割矽鋼切口質量的影響[J].光學學報,2008,28(3)：522-527.HONG Lei,MI Cheng-long,LI Li-jun.Influence of Gas Flow under Workpiece in CO₂Laser Cutting Silicon Steel[J].ACTA OPTICA SINICA,2008,28(3):522-527.

轉載請注明出處。

• 激光焊接技術在動力電池製造業中的應用！	• 激光焊接技術在汽車製造業的應用新趨勢
• 太陽能激光器未來或成為可能	• 激光技術在木材加工中的應用
• 激光用於癌症研究：研究團隊在質子輻照方麵取得	• 半導體激光器為汽車激光雷達發展注入“燃料”
• 動態光束激光器重塑材料加工應用	• 激光聚變能源的商業驅動
• “新”增材製造，汽車行業如何獲益？	• 激光技術在動力電池加工上的應用