[發明專利]一種超快激光組合脈沖序列的陣列微納結構加工方法

在審

• 申請號: 201811089183.3
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109079314A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 王成勇;王宏建;林華泰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/04;B23K26/06
• 代理公司: 惠州市超越知識產權代理事務所(普通合伙) 44349
• 代理人: 陳文福

本發明提供一種超快激光組合脈沖序列的陣列微納結構加工方法，包括以下步驟：將工件表面研磨拋光并清洗、干燥后，固定于超精密平臺上；由工業控制計算機通過激光控制器啟動激光發生器發射激光束至工件表面完成激光對焦后，調整超精密平臺確定工件加工區域；加工時，通過激光控制器選擇飛秒激光器或皮秒激光器發射激光束，經光路切換模塊實現超快激光脈沖自由組合，根據所需的微納結構進行加工；加工完成后，將工件取下，經清洗、干燥后即得到成品。本發明提供了材料微納加工中激光加工工藝新的組合方式，可根據加工需求選擇飛秒激光或皮秒激光，并通過光路切換的方式對超快激光脈沖序列進行靈活組合，有效提高微納結構的加工效率與質量。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，具體涉及一種超快激光組合脈沖序列的陣列微納結構加工方法。

背景技術

材料表面的微納結構可使材料在發揮固有性能的同時，具有常規表面不具備的特性，如疏水性、減摩性、抗菌性等，已廣泛應用于功能零部件的制造。微納結構對材料表面性能的影響很大，可通過化學刻蝕、氣相沉積、激光加工等方法制備。陶瓷因其良好的力學及物化性能，是微納結構加工的重要研究領域。作為典型的硬脆材料，具有非接觸、無工具磨損、高效率且易在線控制工藝參數的激光加工方法優勢明顯，對于具有高重復性的陣列微納結構加工，更是其它方法難以比擬的。專利CN201310141035.2公開了一種基于飛秒激光處理和濕法刻蝕的硅微結構加工方法，通過飛秒激光在含氧氣體中加工單晶硅誘導材料發生折射率變化，再用氫氟酸濕法刻蝕去除折射率變化區域以形成微結構。該方法雖然比采用掩模的方式簡單，但需要經過激光加工及濕法刻蝕兩個步驟，降低了加工效率，且材料折射率變化的區域較難控制，由此濕法刻蝕形成的微結構精確度較差。專利CN201210491845.6公開了一種基于激光加熱的塑料件微結構成形方法和裝置，通過激光的熱效應作用精確控制工藝參數以使材料基體表面快速熔化，再經擠壓成型裝置獲得微結構的成型加工。該方法涉及的材料十分有限，無法應用于工業領域中廣泛使用的硬脆材料微結構加工。專利CN201710470109.5公開了鋁合金表面超疏水微結構的納秒激光二次掃描制備方法，通過改變納秒激光的工藝參數進行多次掃描以制備超疏水微結構，但納秒激光的熱效應極易引起材料燒蝕，進而嚴重影響微結構的制備效果。超快激光因具有極高的峰值功率及極短的脈寬，其“冷加工”特性具有更好的加工效果。因此，十分有必要將超快激光的加工優勢應用于硬脆材料領域，并提出表面陣列微納結構加工的新方法。

目前現有技術中主要存在的技術問題為：1、微納結構加工時工序多，每項工藝之間無法連續，影響加工效率。2、現有的加工方法在硬脆材料微納結構加工領域應用受限。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種超快激光組合脈沖序列的陣列微納結構加工方法，本發明提供了材料微納加工中激光加工工藝新的組合方式，可根據加工需求選擇飛秒激光或皮秒激光，并通過光路切換的方式對超快激光脈沖序列進行靈活組合，有效提高微納結構的加工效率與質量。

本發明的技術方案為：一種超快激光組合脈沖序列的陣列微納結構加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.將所需加工的工件表面進行研磨拋光處理，經有機溶劑超聲清洗并干燥后，固定于超精密平臺上；

S2.由工業控制計算機通過激光控制器啟動激光發生器發射激光束至工件表面完成激光對焦后，關閉激光發生器，并調整超精密平臺確定工件的加工區域；

S3.工件加工時，由工業控制計算機開啟激光控制器，激光控制器可選擇激光發生器中的飛秒激光器或皮秒激光器發射激光束，經光路切換模塊在加工過程反復切換以實現超快激光脈沖的自由組合，再經聚焦模塊入射至工件表面，根據所需求的微納結構進行加工，同時噴射輔助氣體；其中，激光加工工藝參數可通過工業控制計算機在線調整；

S4.加工完成后，將工件取下，經有機溶劑超聲清洗并干燥后即得到成品。