[發明專利]一種基于超聲氮氣射流的超快激光精密切割方法

有效

• 申請號: 202010691270.7
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111943499B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 佘婷;劉德峰;王攸;戴玉堂
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城航空測控技術研究所;中航高科智能測控有限公司
• 主分類號: C03B33/08
• 分類號: C03B33/08;C03B33/09;B23K26/14;B23K26/38
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明涉及屬于一種超快激光加工方法技術領域，具體是涉及一種基于超聲氮氣射流的超快激光精密切割方法；本發明根據單晶薄片實際加工過程在單一使用超快激光切割單晶薄片的基礎上利用超聲氮氣射流裝置調整氮氣射流的噴射氣壓；通過超快激光器產生紫外超快激光光束通過聚焦透鏡調整超快激光光束聚焦至所述單晶薄片平面并對待加工單晶薄片進行切割加工，本發明極大減少了激光加工過程中單晶薄片氣化回流后對加工端面的附著，從而有效降低了加工缺陷的產生，獲得加工缺陷較少、粗糙度低的加工面。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，具體是涉及一種基于超聲氮氣射流的超快激光精密切割方法。

背景技術

激光加工技術作為一種重要的現代工業特種加工技術，自上個世紀激光器誕生以來越來越多的應用在工業生產中。超快激光加工技術作為激光加工中的代表技術，其具有沖脈寬極短、峰值功率極高、熱影響區小，可以將其全部能量快速、準確地集中在限制作用區域而實現對材料的微細加工。就目前應用來看。超快激光可用于透明材料、金屬、陶瓷、半導體、塑料、聚合物、樹脂等材料的精細加工。

石英晶體屬于高硬度、高熔點的脆性透明材料，一般加工方法很難滿足加工要求，尤其難加工出微孔、微腔、微槽等結構。超快激光技術應用于石英玻璃微結構加工中，可以大大地改善石英晶體加工的表面質量并提高加工生產效率。

在工業技術中，超聲加工同樣也是一種應用廣泛的特種加工技術，超聲具有方向性強、能量易于集中、傳播介質廣、不受加工材料導電性能限制的特點得以應用。超聲波輔助加工目前已應用于傳統的機械加工方式中，具有不可比擬的工藝效果，并在磨削、銑削、車削、磨削、焊接、鉆孔等方向都得到應用。

高壓輔助氣體加工是激光熱切割中的新工藝，目的是依靠高壓輔助氣體噴射的力學作用，吹出熔融狀態的金屬與非金屬。高壓氣體噴嘴可將大量輔助氣體壓縮，以足夠大的速度和壓力噴射出輔助氣體，達到快速排出熔融廢料的目的。

在實際加工中，超快激光加工也存在一些不足，主要表現加工過程中，發現隨著刻蝕孔或腔深度的增加，部分刻蝕殘留物回流、積聚甚至重凝，從而積聚在深孔或深腔的內部。阻礙激光沿著穿透方向的傳播，易造成超快激光在加工過程中的二次聚焦，或者改變激光在加工試件內部的方向。最終會造成刻蝕無法正常進行或者形成加工缺陷，加工形狀失真而難以保證加工效果。由于殘留物的影響，超快激光向深度方向傳播受阻，引起刻蝕面能量密度下降，激光刻蝕率減小，深寬比減小，加工效率降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于超聲氮氣射流的單晶薄片超快激光精密切割的方法。可以解決當前單一使用超快激光加工單晶薄片所產生加工缺陷較大，表面質量低等問題。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種基于超聲氮氣射流的超快激光精密切割方法，其特征在于，包括以下步驟：①將待加工的單晶薄片安裝在超快激光晶片加工夾具上，此時超快激光晶片加工夾具位于超快激光加工工作臺上；②根據待加工單晶薄片的加工位置調整工作臺至初始加工位置，設置加工路徑和工作臺11移動速度；③根據待加工單晶薄片的窄縫深寬比調整超聲噴頭角度；④通過超快激光器產生紫外超快激光光束通過聚焦透鏡調整超快激光光束聚焦至所述單晶薄片平面并對待加工單晶薄片進行切割加工，超聲氮氣射流始終對準加工窄縫。

所述超快激光器采用波長為260nm的超快激光脈沖，激光束焦點直徑為17.5μm。

所述超快激光加工透明材料時，超快激光束聚焦在透明介質內部。

所述氮氣射流發生裝置由氮氣儲存氣瓶、穩壓與增壓設備，氮氣輸送流管，超聲氮氣射流噴頭組成；所述的氮氣儲存氣瓶將氮氣經所述的穩壓與增壓設備輸出待加工單晶薄片所需氣壓后經所述的氮氣輸送流管傳入所述的超聲氮氣射流噴頭的入口處，噴頭出口前端設計有超聲換能器。

超聲換能器由超聲發生器提供高頻交變電流產生高頻振動。