碳化硅（SiC）憑借其卓越的機械強度、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及出色的電學性能，已成為半導體、航空航天、生物醫(yī)學等高端工業(yè)領域的關鍵戰(zhàn)略性材料。然而，其高硬度、強化學穩(wěn)定性與高導熱性的固有特性，給傳統(tǒng)機械加工技術帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。激光加工技術以其非接觸式操作、高精度控制及復雜幾何形狀加工能力，逐步發(fā)展為SiC制造領域的核心解決方案。特別是超快激光技術的突破性進展，極大推動了SiC加工技術的跨越式發(fā)展。廣東工業(yè)大學科研團隊在國際期刊《Optics&Laser Technology》發(fā)表的綜述論文，系統(tǒng)梳理了SiC激光加工的技術現(xiàn)狀、應用場景與核心挑戰(zhàn)，為該領域的學術研究與產(chǎn)業(yè)實踐提供了重要參考依據(jù)。

    技術演進：從基礎探索到精準可控加工體系構(gòu)建
    SiC激光加工技術的發(fā)展歷程，與激光技術迭代及材料科學進步形成深度耦合。1960年第一臺紅寶石納秒激光器的問世，為SiC加工技術的初步探索奠定了重要基礎；1964年CO?激光的研發(fā)成功，進一步拓展了激光加工的應用場景；1978年高溫化學氣相沉積（HTCVD）技術的突破，實現(xiàn)了高質(zhì)量SiC晶體的規(guī)?；苽?，為激光加工提供了優(yōu)質(zhì)材料基礎。進入21世紀后，飛秒激光、皮秒激光等超快激光技術的日趨成熟，顯著提升了SiC加工的精度與效率；2017年激光拋光技術的實用化與2021年隱形切割技術的突破，推動SiC加工朝著“高精度、低損傷、高效率”的方向穩(wěn)步邁進。
    在加工技術體系構(gòu)建方面，SiC激光加工已形成多元化、多層次的技術矩陣。表面加工技術涵蓋切割、鉆孔、微結(jié)構(gòu)加工及拋光等核心工藝：激光切割技術可實現(xiàn)SiC晶片的高精度分切，滿足半導體器件對尺寸精度的嚴苛要求；激光鉆孔技術能夠精準制造微米級微孔結(jié)構(gòu)，為微機電系統(tǒng)（MEMS）等器件的核心結(jié)構(gòu)制備提供支撐；激光拋光技術可有效提升SiC表面光潔度，降低器件運行過程中的能量損耗。內(nèi)部加工技術中，隱形切割與切片技術具有重要應用價值，通過將激光聚焦于SiC材料內(nèi)部形成改性層，實現(xiàn)無應力分離，有效規(guī)避了傳統(tǒng)切割工藝引發(fā)的裂紋問題。此外，激光輔助化學蝕刻、激光-水射流復合加工等混合加工技術的涌現(xiàn)，進一步拓展了SiC加工的應用邊界。

    產(chǎn)業(yè)應用：賦能高端制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
    隨著SiC激光加工技術的不斷成熟，其應用場景持續(xù)拓展，在多個高端產(chǎn)業(yè)領域發(fā)揮著不可替代的核心支撐作用。在半導體行業(yè)，激光加工技術是高性能功率電子器件與MEMS制造的關鍵支撐技術，通過精準的微結(jié)構(gòu)加工與隱形切割工藝，可顯著提升器件的能量轉(zhuǎn)換效率與運行可靠性，滿足新能源汽車、5G通信等領域?qū)Ω咝阅馨雽w器件的迫切需求。
    航空航天與國防領域是SiC激光加工技術的重要應用場景。通過激光表面織構(gòu)化處理，SiC材料的耐磨性與熱穩(wěn)定性得到顯著優(yōu)化，可用于制造航空發(fā)動機葉片、燃氣輪機部件等關鍵構(gòu)件，使其在高溫、高壓、高磨損的極端服役環(huán)境下保持穩(wěn)定性能。在生物醫(yī)學工程領域，SiC材料的生物相容性與化學穩(wěn)定性，與激光加工的高精度優(yōu)勢相結(jié)合，為先進生物傳感器與植入式醫(yī)療器械的制造提供了可能，此類器件可在人體內(nèi)長期穩(wěn)定工作，為疾病的精準診斷與靶向治療提供重要技術保障。
    此外，SiC激光加工技術在光電領域也展現(xiàn)出廣闊應用前景。例如，通過飛秒激光直接寫入技術制備的SiC波導，具備低傳輸損耗、高環(huán)境穩(wěn)定性等突出特點，為光通信、光傳感等領域的高性能光學元件研發(fā)提供了核心技術支撐。

    核心挑戰(zhàn)：制約技術規(guī)?；瘧玫年P鍵瓶頸
    盡管SiC激光加工技術已取得顯著進展，但在大規(guī)模工業(yè)應用過程中仍面臨諸多核心挑戰(zhàn)。熱應力問題是制約技術產(chǎn)業(yè)化的關鍵瓶頸之一，尤其是采用長脈沖激光加工時，激光照射產(chǎn)生的局部高溫會導致SiC材料內(nèi)部形成熱應力集中，進而引發(fā)裂紋缺陷，嚴重影響加工部件的結(jié)構(gòu)完整性與使用壽命。如何在保證加工效率的前提下，最小化熱影響區(qū)（HAZ），成為行業(yè)亟待解決的技術難題。
    高功率要求與參數(shù)優(yōu)化復雜性也對SiC激光加工的規(guī)?；瘧眯纬芍萍s。SiC材料的寬帶隙與高熔點特性，要求激光設備具備足夠的輸出功率才能實現(xiàn)有效加工，這不僅顯著提高了設備投入與運行成本，還對能源消耗提出了更高要求。同時，激光加工的脈沖持續(xù)時間、能量密度、重復頻率等參數(shù)與加工效果存在強關聯(lián)性，不同類型的SiC晶體（如4H-SiC、6H-SiC）及加工需求需匹配針對性的參數(shù)組合，參數(shù)優(yōu)化過程復雜且耗時，難以快速適配大規(guī)模生產(chǎn)需求。
    材料去除率（MRR）與表面光潔度的平衡問題同樣突出。在追求加工效率、提高材料去除率的過程中，往往會導致表面粗糙度增加，影響器件的服役性能；而過度追求表面質(zhì)量又會降低加工效率，增加生產(chǎn)成本，如何實現(xiàn)二者的動態(tài)平衡，是SiC激光加工技術產(chǎn)業(yè)化落地的關鍵。

    發(fā)展路徑：科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應用協(xié)同推進
    面對當前存在的技術挑戰(zhàn)，SiC激光加工技術的未來發(fā)展需要實現(xiàn)科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應用的協(xié)同融合。在學術研究層面，深入探索激光輻射與SiC材料的相互作用機制是核心方向。借助先進的數(shù)值模擬工具與人工智能驅(qū)動的優(yōu)化算法，可實現(xiàn)激光加工參數(shù)的精準調(diào)控，提升加工過程的可控性與一致性。同時，需加強SiC微結(jié)構(gòu)加工與體加工技術研究，開發(fā)高精度三維制造技術，為航空航天、生物醫(yī)學等領域提供更復雜、更高性能的器件解決方案。此外，集成飛秒激光、皮秒激光等不同類型激光技術，優(yōu)化激光輔助化學蝕刻、激光-水射流復合加工等混合加工方案，有望實現(xiàn)加工效率、加工質(zhì)量與材料損耗的綜合優(yōu)化。
    在產(chǎn)業(yè)應用層面，高性能激光源的研發(fā)是關鍵突破點。針對SiC材料的寬帶隙與高熔點特性，需開發(fā)具備更高功率、可調(diào)脈沖持續(xù)時間及高重復頻率的激光設備，以適配SiC多樣化的加工需求。同時，推動激光加工技術與機器人技術、智能控制系統(tǒng)的深度融合，實現(xiàn)加工全流程自動化，不僅能提升生產(chǎn)效率，還能減少人為誤差與環(huán)境影響。此外，構(gòu)建標準化、規(guī)范化的加工工藝體系，降低參數(shù)優(yōu)化難度，將加速SiC激光加工技術的規(guī)?；瘧眠M程。

    隨著SiC激光加工技術在學術研究與產(chǎn)業(yè)應用中的持續(xù)發(fā)展，其將為相關高端制造業(yè)提供堅實的理論支撐與技術保障，進一步鞏固SiC材料在先進材料與工程解決方案發(fā)展中的核心地位，推動高端制造業(yè)向高質(zhì)量、高性能方向持續(xù)邁進。