[發明專利]激光誘導低壓射流復合刻蝕加工方法及裝置

無效

• 申請號: 201210083223.X
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103317234A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 袁根福
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B23K26/14
• 分類號: B23K26/14;B23K26/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及一種難加工材料毫米級切割、打孔、開槽等加工的方法，尤其涉及一種利用激光刻蝕、水射流加工和化學腐蝕的復合加工方法，同時涉及一種該方法專用的加工裝置。

二、背景技術

水射流加工和激光刻蝕是最近三十年來才逐漸成熟起來的加工工藝，由于其具有較好的加工優越性，故而廣泛應用在微電子器件加工、精密機械加工等行業。在電子和精密機械等行業，經常需要精密加工各種高硬度、高強度、高韌性和高脆性的金屬與非金屬材料，如經常需要對精細陶瓷石英、金剛石、硅、以及各種高合金鋼這類材料進行加工。這類材料的特點是切削力大(磨削力大)，不易產生剪切變形，難以利用普通的機械方法進行加工。為了加工這類材料，人們發明了各種加工方法，其中激光刻蝕加工是一個重要的加工方法。激光刻蝕加工是利用經過聚焦的高密度能量直接作用在材料上，通過熔化、蒸發和噴射等形式實現物質的轉移而進行材料的加工，其特點是效率高、速度快、質量較好。激光刻蝕加工技術在電子等行業已經廣泛用來進行器件加工。但由于激光刻蝕加工主要是利用高密度能量通過熔化、蒸發和噴射來實現材料加工，因此，往往在材料加工表面不可避免存在由于熱應力而產生的微裂紋，以及在加工表面粘附著熔渣，從而影響加工產品的合格率和加工質量，另外，激光刻蝕加工過程由蒸發和噴射產生的微顆粒灰塵，也影響了精密器件加工質量和性能。為避免上述缺點和提高刻蝕效率，多年來一直有人試圖結合利用化學刻蝕技術，研究一種復合刻蝕加工技術來嘗試進行材料精密刻蝕加工，以提高材料的刻蝕速率和質量。激光誘導濕刻是將激光與傳統的化學刻蝕相結合的復合加工方法。它利用激光的熱化學效應對材料進行刻蝕，即在激光照射區，金屬表面的鈍化膜在化學和物理作用下被溶解或剝離。同時，當激光照射到金屬表面時，使激光作用附近區域的腐蝕液溫度升高，使腐蝕液形成溫度梯度，產生強烈的微對流，從而把更多的反應離子帶到光照區，而反應產物則被帶離光照區，這樣，光照區和非光照區刻蝕速率明顯不同，從而可以實現對金屬進行選擇性刻蝕。這種工藝具有刻蝕效率高、刻蝕速率易控、刻蝕溫度低、刻蝕深度比大等優點，因此得到較為廣泛的研究與應用，如利用該法可以在各種透明材料上制作出具有較高性能的光學器件和方形盲孔陣列等微結構。

目前國內外關于去除材料表面微裂紋、熱影響區和熔渣研究的主要技術措施包括：電化學輔助激光加工、水射流引導激光加工、化學輔助激光加工、后續光整加工等，以上研究的方法，雖然在一定程度上提高了材料的刻蝕速率和刻蝕質量，但如果用來進行批量生產，離實際需要還有比較大的差距，特別是利用這種復合加工方法進行大尺度(如數毫米以上)加工，加工速度遠不能滿足要求；另外，由于刻蝕加工的產物不容易排除干凈又重新粘附和沉淀在刻蝕加工表面而影響了刻蝕表面質量。這些工藝技術沒有很好的解決微裂紋、熔渣等表面質量問題。因此研究出一種激光復合加工技術來解決對難加工材料的大尺度精密加工的加工表面質量問題很有必要，其工程應用前景是很廣的。

在綜合分析以上介紹的背景技術基礎上，借鑒激光刻蝕、水射流加工、化學腐蝕加工的技術原理，創新提出了激光誘導低壓射流復合刻蝕加工工藝技術并發明設計了相應裝置，該工藝一方面充分利用一定速率的介質射流的動能沖擊作用，對被加工材料進行沖蝕，從而可以顯著提高激光誘導刻蝕的速率。另一方面快速流動的介質可以比較干凈和快速地把熔渣和腐蝕產物帶走，避免這些產物粘附和沉淀在加工試樣表面，能顯著提高刻蝕表面質量。這種技術方法的研究利用射流加工對加工表面沒有熱影響和加工表面質量比較高的特點，同時只需要采用比較低的射流壓力，可以避免使用比較復雜而價值較貴的高壓射流設備和噴頭。激光誘導低壓射流復合刻蝕技術可以對材料的高效而清潔的切割、打孔和開槽等加工。這種工藝技術為實現對難加工材料的高效清潔加工有很重要的意義。

三、發明內容

1、發明目的：本發明的目的是提供一種可對難加工材料實現毫米級的切割、打孔和開槽等加工，并可消除加工表面微裂紋、熱影響區、熔渣等表面質量問題，實現清潔高效加工的方法，同時提供該方法專用的的加工裝置。