年复增长率超16%！这一行业如何推动精密加工技术发展？

12月5-7日，由DT新材料主办的第八届国际碳材料大会暨产业展览会（Carbontech 2024）将在上海新国际博览中心隆重举办。同期针对半导体与加工主题特设4大论坛，宽禁带半导体及创新应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛、金刚石前沿应用与产业发展论坛、培育钻石论坛，已邀请国内外知名专家和企业莅临交流，欢迎报名。

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李蕊  13373875075

飞秒激光是一种具备超短脉冲和超高峰值功率的先进激光技术，其单个脉冲持续时间达到10⁻¹⁵秒量级。凭借这一特性，飞秒激光为科学研究和极端制造提供了前所未有的物理条件，如高时间分辨率、强大的电场和磁场、高压环境以及精确受控的热效应。这使飞秒激光在现代科学实验和制造领域中占据了不可替代的重要地位。

根据市场数据显示，超快激光技术（包括飞秒激光）在全球市场中正快速增长。2023年，全球超快激光市场规模已达19.7亿美元，预计到2030年将达到58.5亿美元，年复合增长率（CAGR）为16.81%。在区域分布上，北美市场份额最大，其次为亚太地区，这表明这些地区在超快激光技术应用上的领先地位。此外，不同类型的超快激光器（如钛宝石激光器、光纤激光器和锁模激光器）广泛应用于微加工、生物成像、科学研究、医疗设备制造以及心血管手术等领域，以满足各个应用领域的多样化需求。

图源：公开网络

在超精密加工领域，飞秒激光的独特优势尤为突出。首先，飞秒激光脉冲的持续时间远短于材料的热弛豫时间，使得加工过程中几乎不产生热量，从而有效避免了传统长脉冲激光加工中常见的热开裂、氧化和熔化等现象，确保了加工的高质量。其次，飞秒激光能够诱导非线性吸收效应，使光斑聚焦远小于衍射极限，大大提升了空间分辨率，这种高分辨率特性使其成为纳米尺度精密加工的理想工具。

凭借高精度和低热效应，飞秒激光在多种材料的超精细切割、打孔和刻蚀方面表现卓越，几乎没有碳化、熔渣或残屑，简化了后续清洁步骤，从而有效降低了加工成本并缩短了生产周期。这些特性使飞秒激光在微纳制造、半导体加工和医疗器械等领域展现出巨大的应用潜力。未来，随着技术的进一步发展和应用领域的拓展，飞秒激光将继续推动超精密加工技术的发展，为高精度和高效率的现代制造提供强有力的支持。

   飞秒激光成丝技术在透明硬脆材料精密加工中的应用与发展

飞秒激光成丝现象在精密加工中应用广泛。例如，利用飞秒激光在500 μm厚的康宁Gorilla玻璃上实现了深宽比超过60的微米级切割槽，使加工深度和精度显著提升。在石英玻璃和SiC复合材料中，飞秒激光分别加工出深宽比大于6的锥孔和深宽比为10的通孔，为高硬度材料的深度切割和微孔加工提供了新方法。此外，在医用冠状动脉支架材料PLLA中，飞秒激光成丝技术能够形成深宽比超过200的微孔阵列，有效提高了支架的透气性和生物相容性。

在光学器件加工方面，飞秒激光成丝技术在单模光纤内刻写百纳米周期的Bragg光栅，光丝路径的精确控制还可用于玻璃中的三维波导加工，使其适合用于方向耦合器和多芯光波导等光学元件的制造。北京工业大学进一步拓展了该技术，通过精确的成丝效应，实现了对曲面构件的三维铣削型面加工。与传统离子束刻蚀不同，飞秒激光成丝在无需真空环境的条件下完成高精度加工，表面粗糙度达到70 nm，显著提高了加工效率并降低了成本。

飞秒激光成丝的工业化应用也在迅速发展。Siltectra公司推出的“COLD SPLIT”技术基于光丝剥离，可高效切片SiC晶圆；Disco公司的“KABRA”工艺同样利用激光成丝现象，将6英寸SiC晶锭的切片时间从传统工艺的3小时缩短至10分钟，极大提升了生产效率。国内方面，多家公司（如大族半导体、德龙激光、北京晶飞半导体和西湖仪器）在SiC晶圆激光剥离技术上取得突破，推出了可剥离8英寸晶锭的激光设备，为SiC材料在功率半导体领域的广泛应用奠定了基础。这些进展标志着飞秒激光成丝技术正逐步走向成熟，为硬脆材料的大规模、精密加工提供了有力支持。

   飞秒激光在材料表面微纳结构设计中的应用

飞秒激光通过精确控制材料表面的微纳结构，能够赋予材料一系列极端浸润特性，例如超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气性以及液体灌注的超滑表面等。这些特性使材料在多种环境下具备独特的功能。例如，超疏水性和超疏油性使材料表面具有优异的自清洁功能，可用于防水、防油等要求严格的场景，如建筑材料和户外设备表面处理。超疏气性和超亲气性特性则适合在水下环境中应用，能够减少表面阻力，提升浮力和防腐蚀性能，这在海洋工程和潜水装备中具有重要意义。

在环境保护和资源分离领域，飞秒激光改性材料可以应用于油水分离、水气分离等工艺，助力高效的环保处理。此外，超滑表面特性能够显著降低液体流动阻力，可应用于微流体设备和液滴操控中，优化液体传输和分离效率。这些特性还适合生物医疗中的细胞培养和液滴操作，有助于提升生物传感、细胞工程和微小分子检测的精准度。

在电子制造方面，飞秒激光改性技术能够赋予材料可调节的表面浸润性，用于开发柔性电子器件、柔性电路和可穿戴设备表面的防护层，提高其耐用性和环境适应性。这些应用不仅提升了材料的实际功能，还为相关行业提供了创新的技术解决方案，使飞秒激光成为材料表面微纳结构设计中的关键工具。

基于飞秒激光的各种超疏水金属表面 图源：公开网络

   相关企业

苏州英谷激光科技股份有限公司是一家基于全固态激光技术专业从事系列纳秒激光器和超快激光器研发与产业化的高科技企业，已完成二十余款激光器的研发并推向市场，可广泛应用于半导体芯片的隐形切割、太阳能电池片SE和Perk、激光3D打印、OLED切割等领域。公司现已累计完成各项专利申请30多项，获批“苏州工业园区科技领军人才（创业成长）”、“国家高新技术企业 ”、“江苏省科技型中小企业 ”、“苏州工业园瞪羚企业 ”、“ 国家专精特新小巨人企业 ”、“江苏省超快激光器工程技术研究中心 ”等荣誉称号。

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索镭德激光科技(苏州)有限公司是先进固体激光器及其应用系统的专业生产商，生产目前技术先进的全固态皮秒激光器、红外纳秒激光器、绿光激光器、紫外激光器。主要面向电子产品、加工制造、机械生产等领域的用户，提供激光器设备及系统安装等服务。

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大族激光科技产业集团于1996年创立、2004年上市，是全球知名的工业激光加工及自动化整体解决方案服务商，专业从事工业激光加工设备与自动化等配套设备及其关键器件的研发、生产和销售，具备从基础器件、整机设备到工艺解决方案的垂直一体化优势，为全球用户提供激光、机器人及自动化技术在智能制造领域的系统解决方案。

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   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

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