硬脆材料一直是精密制造领域中的“硬骨头”，这些材料在加工过程中极易产生微裂纹或边缘崩裂，用传统的切割方式往往难以满足高精度和高良品率的双重要求。

例如碳化硅陶瓷，因其高硬度、高熔点、高耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、半导体和新能源等行业。但在拥有高硬度的同时，碳化硅陶瓷在加工过程中也容易产生裂纹或边缘崩裂，这些裂纹会影响成品的尺寸精度和外观质量，同时会降低部件的抗疲劳性，影响使用寿命。

然而，水导激光技术的出现，为硬脆材料的加工带来了新思路：凭借独特的水冷却与冲刷作用，切割侧壁更加平滑垂直，大幅减少了热损伤和加工瑕疵，为行业带来了一种革命性的解决方案。

一、水导激光技术原理

水导激光技术最早起源于瑞士，被应用于钟表加工。其工作原理可以分为以下几个步骤：首先，高压水通过喷嘴形成高速微射流；接着，激光透过玻璃窗聚焦在喷孔内，与水射流耦合；随后，激光能量通过水射流“水光纤”的导引作用，形成高能量密度的激光微射流；最终，激光微射流与材料表面相互作用，材料因受热消融被水流带走，从而实现高效、精确的加工。

水导激光原理

水导激光过程

在微射流的参与下，水导激光也具备了和传统加工方式（如普通激光加工）有明显区别的特征，如：

①加工深度无需调焦：水导激光无需调整焦点，加工深度可达60mm。

②切割面垂直无锥度：水射流的圆柱体结构能有效传导激光，使得切割面垂直且无锥度。

③硬脆材料加工无崩边：水射流的持续冷却作用显著减少脆性材料的崩裂问题。

④无热影响和挂渣：微射流可有效去除加工碎屑，加工区域几乎无热变形及热应力。

⑤切面粗糙度低：微射流能量均匀分布，避免传统激光焦斑能量分布不均导致的烧蚀现象。

⑥切割损耗低：缝宽低至0.05mm，适合切割昂贵材料。

利用水导激光技术切割的碳化硅陶瓷

二、水导激光切割适用范围

①先进陶瓷加工

根据科诗特技术人员介绍，目前大部分陶瓷材料均可用水导激光加工，包括碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC、MoC、TiC）、氮化物陶瓷（Si3N4、BN、AlN）、氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、Ga2O3）、硼化物陶瓷（ZrB2、LaB6、TiB2）。

碳化硅零部件

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水导激光在加工这些先进陶瓷材料时表现出显著优势——如为氧化锆陶瓷打孔时，最小孔径可达0.3mm；切割碳化硅件时最薄边距达0.15mm，切面粗糙约低至0.8um；碳化硼零部件取芯长达60mm等。总之，水导激光技术能有效解决碳化硅、氮化硅、碳化硼、氧化锆等先进陶瓷直角、异形、超薄件传统加工方法无法加工等难题。

②半导体材料加工

在对晶硅、蓝宝石、碳化硅晶片、CVD金刚石等半导体材料进行晶锭滚圆/取芯、晶片改小、晶片异形加工等操作时，水导激光凭借无热影响区、无微裂纹和切割面平整度高的特点，能够满足高端芯片和光电器件制造的严格要求。加工 厚度范围为0.05-25mm，不仅可取芯、切边、切口、异形加工一机多用，而且边料完整，切面粗糙度仅为1um左右。

③硬质金属加工

水导激光在加工硬质金属如钨钢、钼金属等领域展现出强大能力。这些金属因硬度高且耐热性强，传统加工方法效率低且易损伤工具，而水导激光切割不仅减少了工具磨损，还通过冷却作用避免了热变形，尤其适合精密零部件的制造。

总结

总之，水导激光技术不仅是制造领域的革新者，更是推动未来工业应用的重要力量。