一種環(huán)形微孔的激光加工裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，包括脈沖激光器、偏振控制系統(tǒng)、掃描振鏡、光圈、聚焦透鏡、約束層、單層納米顆粒、三維移動平臺和電腦控制系統(tǒng)；脈沖激光器、偏振控制系統(tǒng)和掃描振鏡沿同一光軸中心依次排布；掃描振鏡正下方設(shè)有光圈和聚焦透鏡；聚焦透鏡正下方設(shè)有三維移動平臺；脈沖激光器、聚焦透鏡和三維移動平臺均和電腦控制系統(tǒng)電連接；通過預(yù)處理工件表面，沉積單層納米顆粒于工件表面，確定能量增強倍數(shù)、脈沖激光器輸出能量對加工工件表面進行加工，實現(xiàn)環(huán)形微孔的制作。本發(fā)明實現(xiàn)了環(huán)形微孔的激光加工，具有精度高、尺寸可控、加工效率高、設(shè)備簡單等特點。
【專利說明】
一種環(huán)形微孔的激光加工裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，尤其是一種環(huán)形微孔的激光加工裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)技術(shù)的進步，使得激光加工技術(shù)得到了快速發(fā)展，其中激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術(shù)。由于激光打孔具有速度快，效率高，經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，已經(jīng)成為激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
[0003]激光打孔技術(shù)是利用高功率密度的激光束照射靶材，使靶材表面的溫度快速升至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，一束激光單次作用只能形成一個孔洞。而當(dāng)將激光打孔技術(shù)應(yīng)用在微納加工領(lǐng)域中時，就面臨很多問題。主要有:①不能大面積制作微孔，在微納加工尺度進行微孔制作時，效率大大降低;②激光微孔尺寸受到激光束光斑直徑的限制，而通過調(diào)整加工激光的光斑直徑來加工各種微納尺度孔徑的方式實現(xiàn)難度很大，微孔尺寸并未達到可控的要求;③微孔形狀單一，均為圓形，無法加工奇異孔，如環(huán)形微孔。
[0004]為克服激光微孔制作中不能大面積制作微孔的技術(shù)缺陷，專利號:CN201310007951公開了一種通過光學(xué)器件對激光束進行分束整形的裝置，實現(xiàn)了一束激光多孔成型的技術(shù)效果，能夠加工多種組合的微孔陣列。但是該裝置有多個光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，搭建成本高，操作難度大。而微孔尺寸不可控和形狀單一等問題并未得到有效解決。當(dāng)人們將研究目光聚焦到微納加工領(lǐng)域時，對激光打孔工藝的要求也越來越高，尤其是在激光微納加工領(lǐng)域，迫切需求一種激光打孔技術(shù)，能夠解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中激光微孔技術(shù)存在加工效率低、微孔尺寸不可控、形狀單一等不足，本發(fā)明提供了一種環(huán)形微孔的激光加工裝置及方法，利用貴金屬納米顆粒使激光能量在被加工工件表面形成環(huán)形能量增強區(qū)域，實現(xiàn)了環(huán)形微孔的激光加工，具有高精度、尺寸可控、加工效率高、設(shè)備簡單等特點。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]—種環(huán)形微孔的激光加工裝置，包括脈沖激光器、偏振控制系統(tǒng)、掃描振鏡、光圈、聚焦透鏡、約束層、單層納米顆粒、三維移動平臺和電腦控制系統(tǒng);所述脈沖激光器、偏振控制系統(tǒng)和掃描振鏡沿同一光軸中心依次排布;所述掃描振鏡正下方設(shè)有光圈；所述光圈正下方設(shè)有聚焦透鏡;所述聚焦透鏡正下方設(shè)有三維移動平臺；所述三維移動平臺上表面放置工件;所述工件上表面覆蓋單層納米顆粒;所述單層納米顆粒上表面覆蓋約束層;所述脈沖激光器、聚焦透鏡和三維移動平臺均和電腦控制系統(tǒng)電連接。優(yōu)選的，所述單層納米顆粒為貴金屬納米顆粒。
[0008]優(yōu)選的，所述貴金屬納米顆粒為金納米顆?；蜚y納米顆粒中的一種。
[0009]優(yōu)選的，所述單層納米顆粒的直徑為a，所述脈沖激光器的波長為λ，則其滿足關(guān)系式:入/10〈已〈入。
[0010]優(yōu)選的，所述約束層為透明材料;所述偏振控制系統(tǒng)由線偏振器和1/4玻片組成；所述光圈為低通圓孔濾波器。
[0011 ] 一種環(huán)形微孔的激光加工方法，包括如下步驟:
[0012]S1:搭建好環(huán)形微孔的激光加工裝置:調(diào)整脈沖激光器、偏振控制系統(tǒng)和掃描振鏡處于同一光軸中心；調(diào)整光圈、聚焦透鏡、三維移動平臺至掃描振鏡的焦點處;將脈沖激光器、聚焦透鏡、三維移動平臺和電腦控制系統(tǒng)電連接；
[0013]S2:預(yù)處理工件表面:將單層納米顆粒配置成納米顆粒懸浮液，并將懸浮液沉積在工件表面，得到表面已沉積完單層納米顆粒的工件；
[0014]S3:確定能量增強倍數(shù)A:根據(jù)工件、脈沖激光器和單層納米顆粒的特征參數(shù)，求解工件表面的歸一化激光能量分布，繪制出能量增強特征曲線;根據(jù)環(huán)形微孔的加工內(nèi)徑d或加工外徑D確定出能量增強倍數(shù)A;
[0015]S4:確定激光輸出能量參數(shù):根據(jù)步驟S3確定的能量增強倍數(shù)A，打開電腦控制系統(tǒng)，設(shè)置脈沖激光器的輸出能量密度J，J = Jo/A，其中Jo為工件損傷能量密度閾值；
[0016]S5:調(diào)整光束偏振態(tài)和工件位置:調(diào)整偏振控制系統(tǒng)，使得出射的激光束為圓偏振光;將步驟S2中所述表面已沉積完單層納米顆粒的工件放置于三維移動平臺上;在單層納米顆粒上表面覆蓋一層約束層；
[0017]S6:加工工件:電腦控制系統(tǒng)輸出激光，對工件表面進行加工，實現(xiàn)環(huán)形微孔的制作。
[0018]優(yōu)選的，步驟S2中所述預(yù)處理工件表面過程如下:對工件表面打磨拋光、超聲波清洗，并在工件表面涂抹包含親水基團的溶劑;所述得到表面已沉積完單層納米顆粒的加工工件過程如下:將單層納米顆粒配置成5%固含量的納米顆粒懸浮液，將納米顆粒懸浮液置于超聲波清洗機中超聲10_15min;使用微量移液器，每次取出500yL，小心滴在已經(jīng)進行預(yù)處理的工件表面;將滴有納米顆粒溶液的鈦合金放置在通風(fēng)無塵廚中傾斜9°靜置12h，至溶劑完全蒸發(fā)，得到表面已沉積完單層納米顆粒的加工工件。
[0019]優(yōu)選的，步驟S3中所述確定能量增強倍數(shù)A過程如下:歸一化入射脈沖激光能量密度為I，設(shè)定納米顆粒和加工工件表面的接觸點為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)原點O，橫軸為工件表面的位置點，縱坐標(biāo)為能量增強倍數(shù)，進而構(gòu)建坐標(biāo)系；能量增強倍數(shù)的峰值A(chǔ)max對應(yīng)的橫軸位置點分別為+h和-h，在坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)為(土h，Amax);在能量增強倍數(shù)由接觸點ο上升至峰值A(chǔ)max區(qū)間段，設(shè)激光能量密度為I處的位置點分別為+p和-P，在坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)為(土p，l);在能量增強倍數(shù)A由峰值A(chǔ)max下降至O區(qū)間段，設(shè)激光能量密度為I處的位置點分別為+q和_q，在坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)為(土q，l)。其中p、h、9的值滿足:0〈p〈h〈q ；
[0020]當(dāng)要求加工工件的內(nèi)徑為d時，要求op〈d/2〈oh，根據(jù)d尺寸確定+d或-d位置點對應(yīng)的能量增強倍數(shù)Ad;當(dāng)要求加工工件的外徑為D時，要求oh<D/2〈oq，根據(jù)D尺寸確定+D或-D位置點對應(yīng)的能量增強倍數(shù)Ad。
[0021 ]優(yōu)選的，步驟S4中所述工件的材料為金屬材料或者半導(dǎo)體材料。
[0022]優(yōu)選的，所述工件的材料為鋼、銅、鈦合金、單晶硅、多晶硅中的任意一種。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024](I)本發(fā)明所述的一種環(huán)形微孔的激光加工裝置及方法，利用將貴金屬納米顆粒涂覆在預(yù)處理的工件表面，形成單層納米顆粒，以增強激光輻射能量，并將激光能量約束在納米顆粒底部，在被加工工件表面形成環(huán)形能量增強區(qū)域，通過合理選擇加工參數(shù)，制作出環(huán)形微孔陣列。
[0025](2)精度高。環(huán)形微孔加工尺度為微納米量級，在近場光學(xué)領(lǐng)域使用貴金屬納米顆粒，形成局域場增強效應(yīng)，能夠突破激光束的衍射極限;微孔尺寸可控。由于微孔尺寸取決于納米顆粒和激光能量的選取，根據(jù)能量增強曲線可以預(yù)測環(huán)形微孔的特征尺寸，實現(xiàn)可控的技術(shù)效果。
[0026](3)熱效應(yīng)低，能量利用率高。能夠極大增強入射激光的能量，使得加工過程中可以使用較低的能量獲得微納米級的微孔，具有很高的精度;加工效率高。在工件表面親水處理后，納米顆?？梢源竺娣e沉積在工件表面，從而該方法能夠大面積制作微納米級的微孔。
[0027](4)裝置簡單，容易操作。本發(fā)明提出的激光打孔裝置沒有復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)器件，加工過程中沒有多余的調(diào)控步驟，簡單易操作。
【附圖說明】
[0028]圖1為所述環(huán)形微孔的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為實施例1激光能量截面分布圖，白色虛線部分為直徑200nm的金納米顆粒。
[0030]圖3為實施例1加工工件表面的能量分布圖。
[0031 ]圖4為圖3加工工件表面白色虛線部分的能量增強曲線。
[0032]圖5為實施例1和2鈦合金表面的能量增強曲線圖及對應(yīng)的取值點。
[0033]附圖標(biāo)記如下:1-脈沖激光器，2-偏振控制系統(tǒng)，3-脈沖激光，4-掃描振鏡，5-光圈，6-聚焦透鏡、7-約束層，8-單層納米顆粒，9-工件，10-三維移動平臺，11-電腦控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0035]如圖1所示，一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，包括脈沖激光器1、偏振控制系統(tǒng)2、掃描振鏡4、光圈5、聚焦透鏡6、約束層7、單層納米顆粒8、三維移動平臺10和電腦控制系統(tǒng)11;所述脈沖激光器1、偏振控制系統(tǒng)2和掃描振鏡4沿同一光軸中心依次排布;所述偏振控制系統(tǒng)2由線偏振器和1/4玻片組成，調(diào)整脈沖激光為圓偏振光，作用于工件9表面;所述掃描振鏡4正下方設(shè)有光圈5;所述光圈5為低通圓孔濾波器，作用為過濾約束層7反射的光，防止反射光摻雜在加工激光中；所述光圈5正下方設(shè)有聚焦透鏡6;所述聚焦透鏡6將脈沖激光匯聚并垂直入射在工件9表面。所述脈沖激光器I在加工過程中選取的能量密度應(yīng)小于工件9的損傷能量密度閾值。
[0036]所述聚焦透鏡6正下方設(shè)有三維移動平臺10，所述三維移動平臺10上表面放置工件9，用于調(diào)整工件9位于激光束的焦點位置。所述工件9上表面覆蓋單層納米顆粒8，單層納米顆粒8為貴金屬納米顆粒，如金納米顆?；蜚y納米顆粒中的一種;所述單層納米顆粒8上表面覆蓋約束層7，約束層7為透明材料，如玻璃;所述單層納米顆粒8的直徑為a，所述脈沖激光器I的波長為λ，則其滿足關(guān)系式:λ/10〈&〈λ。所述脈沖激光器1、聚焦透鏡6和三維移動平臺1均和電腦控制系統(tǒng)11電連接。
[0037]整個裝置的加工過程如下:
[0038]所述脈沖激光器I發(fā)射的脈沖激光，經(jīng)過所述偏振控制系統(tǒng)2得到圓偏振光，由掃描振鏡4控制掃描路徑，通過光圈5過濾到雜光，被聚焦透鏡6匯聚并輻射到工件9表面。單層納米顆粒8在激光輻射作用下在工件9表面形成局域場增強效應(yīng)，進而實現(xiàn)工件9表面的微孔加工。在近場光學(xué)范圍內(nèi)，激光在傳播過程中能夠繞過障礙物繼續(xù)傳播，到達工件9表面，在顆粒底部多次反射。貴金屬納米顆粒具有豐富的核外電子，在激光能量的激勵下容易形成表面等離子激元，進而形成局域場增強效應(yīng)。結(jié)合時域有限差分法和米氏散射理論，可以求解出工件9表面的激光能量場分布，進而得到工件9表面的能量增強曲線，預(yù)測加工后的工件表面環(huán)形微孔形貌特征。
[0039]實施例1
[0040]SI:搭建好環(huán)形微孔的激光加工裝置:調(diào)整脈沖激光器1、偏振控制系統(tǒng)2和掃描振鏡4處于同一光軸中心；調(diào)整光圈5、聚焦透鏡6、三維移動平臺10至掃描振鏡4的焦點處;將脈沖激光器1、聚焦透鏡6、三維移動平臺10和電腦控制系統(tǒng)11電連接。其中，選用貴金屬納米顆粒材質(zhì)為金;使用的激光器為IPG系列脈沖光纖激光器，中心波長1064nm，重復(fù)頻率ΙΟΚΗζ-ΙΟΟΚΗζ可調(diào)，光斑直徑50μπι，最大脈沖能量ImJ;
[0041 ] S2:選取工件9，材料為鈦合金，尺寸為20mm*20mm*5mm，其損傷閾值為Jo = 30.5mJ/cm2;預(yù)處理工件9表面:粗糙度依次為120、600、1200、3000目的砂紙對鈦合金表面進行拋光，去除表面明顯的劃痕;將拋光好的鈦合金利用無水乙醇作為溶劑，在超聲波清洗機中清洗5分鐘。由于鈦合金表面不具有親水性，在清洗完干燥后使用富含親水基團的肥皂水涂抹其表面，使其具有親水性；
[0042]選擇5%固含量的直徑a = 200nm的金納米顆粒懸浮液，滿足A/10〈a〈A，目卩106.4nm<a〈1064nm。將懸浮液置于超聲波清洗機中超聲15min，使得納米顆粒充分分散開;使用微量移液器，每次取出500yL，小心滴在已經(jīng)進行親水處理的鈦合金表面，使得納米顆粒溶液充分分散到鈦合金表面;將滴有納米顆粒溶液的鈦合金放置在通風(fēng)無塵廚中傾斜9°靜置12h，至溶劑完全蒸發(fā)，得到表面已沉積完單層納米顆粒的加工工件。將制備好的加工工件需保存在培養(yǎng)皿中，以免灰塵雜物等污染表面。圖2為單個直徑a = 200nm的金顆粒在1064nm波長的脈沖激光能量分布截面圖，激光束的偏振態(tài)為圓形。納米顆粒將激光能量約束在顆粒底部，形成局域場增強效應(yīng)。由圖2可知，增強能量集中于工件9表面與納米顆粒接觸區(qū)域。為了更清楚地觀察加工工件表面的能量分布，圖3為圖2對應(yīng)的工件9表面的能量分布圖。由圖3可清晰看出納米顆粒底部形成的激光能量增強區(qū)域，工件9表面形成的場增強區(qū)域為環(huán)形。
[0043]S3:確定能量增強倍數(shù)A:根據(jù)工件9、脈沖激光器I和單層納米顆粒8的特征參數(shù)，求解工件9表面的歸一化激光能量分布，繪制出能量增強特征曲線;根據(jù)環(huán)形微孔的加工內(nèi)徑d或加工外徑D確定出能量增強倍數(shù)A;如圖4所示，當(dāng)歸一化入射脈沖激光能量密度為I，設(shè)定納米顆粒和加工工件表面的接觸點為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)原點O，橫軸為工件表面的位置點，縱坐標(biāo)為能量增強倍數(shù)A。根據(jù)圖5可知，能量增強倍數(shù)的峰值A(chǔ)max= 154.33對應(yīng)的位置點分別為+h和-h，此處的h = 15nm，對應(yīng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(± 15，154.33)。要求加工環(huán)形微孔的外徑D = 10nm，此時q = 50，滿足oh彡D/2〈oq，根據(jù)能量增強特征曲線，對應(yīng)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(50，9.01323)，則確定出能量增強倍數(shù)Ad = 9.01323。
[0044]S4:根據(jù)步驟S3確定的能量增強倍數(shù)A，打開電腦控制系統(tǒng)11，設(shè)置脈沖激光器的輸出能量密度J，J = Jo/A，其中Jo為工件9損傷能量密度閾值;已知激光束的光斑直徑為50μm，計算得到激光能量選擇為0.015mJ，設(shè)置重復(fù)頻率為20ΚΗζ，掃描速度為lOm/s。
[0045]S5:調(diào)整偏振控制系統(tǒng)2，使得出射的激光束為圓偏振光;將步驟S2中所述表面已沉積完單層納米顆粒的加工工件放置于三維移動平臺10上;在單層納米顆粒8上表面覆蓋一層約束層7 ；
[0046]S6:電腦控制系統(tǒng)11輸出激光，對加工工件表面進行加工，實現(xiàn)環(huán)形微孔的制作。
[0047]使用掃描電鏡對該實施例加工的環(huán)形微孔進行觀察，發(fā)現(xiàn)所加工的環(huán)形微孔的外徑D均值為95.6nm，與加工要求符合得很好。
[0048]實施例2
[0049]要求加工環(huán)形微孔的內(nèi)徑d = 20nm，此時p = 1，滿足op〈d/2<oh。如圖5，根據(jù)求解得到的能量增強特征曲線，確定出能量增強倍數(shù)Ad = 24.5。打開電腦控制系統(tǒng)，已知激光束的光斑直徑為50μπι，計算得到激光能量選擇為0.019mJ，設(shè)置重復(fù)頻率為50KHz，掃描速度為25m/s。其他加工的步驟、參數(shù)和同實施例1相同。
[0050]使用掃描電鏡對加工的環(huán)形微孔進行觀察，發(fā)現(xiàn)所加工的環(huán)形微孔的內(nèi)徑d均值為18.78nm，與加工要求符合得很好。
[0051]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，其特征在于，包括脈沖激光器(I)、偏振控制系統(tǒng)(2)、掃描振鏡(4)、光圈(5)、聚焦透鏡(6)、約束層(7)、單層納米顆粒(8)、三維移動平臺(10)和電腦控制系統(tǒng)(11);所述脈沖激光器(1)、偏振控制系統(tǒng)(2)和掃描振鏡(4)沿同一光軸中心依次排布;所述掃描振鏡(4)正下方設(shè)有光圈(5);所述光圈(5)正下方設(shè)有聚焦透鏡(6);所述聚焦透鏡(6)正下方設(shè)有三維移動平臺(10);所述三維移動平臺(10)上表面放置工件(9);所述工件(9)上表面覆蓋單層納米顆粒(8);所述單層納米顆粒(8)上表面覆蓋約束層(7);所述脈沖激光器(1)、聚焦透鏡(6)和三維移動平臺(10)均和電腦控制系統(tǒng)(11)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，其特征在于，所述單層納米顆粒(8)為貴金屬納米顆粒。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，其特征在于，所述貴金屬納米顆粒為金納米顆?；蜚y納米顆粒中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，其特征在于，所述單層納米顆粒(8)的直徑為a，所述脈沖激光器(I)的波長為λ，則其滿足關(guān)系式:λ/10〈&〈λ。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種環(huán)形微孔的激光加工裝置，其特征在于，所述約束層(7)為透明材料，如玻璃;所述偏振控制系統(tǒng)(2)由線偏振器和1/4玻片組成;所述光圈(5)為低通圓孔濾波器。6.一種環(huán)形微孔的激光加工方法，其特征在于，包括如下步驟:S1:搭建好環(huán)形微孔的激光加工裝置:調(diào)整脈沖激光器(1)、偏振控制系統(tǒng)(2)和掃描振鏡(4)處于同一光軸中心;調(diào)整光圈(5)、聚焦透鏡(6)、三維移動平臺(10)至掃描振鏡(4)的焦點處;將脈沖激光器(1)、聚焦透鏡(6)、三維移動平臺(10)和電腦控制系統(tǒng)(11)電連接；S2:預(yù)處理工件(9)表面:將單層納米顆粒(8)配置成納米顆粒懸浮液，并將懸浮液沉積在工件(9)表面，得到表面已沉積完單層納米顆粒的工件； S3:確定能量增強倍數(shù)Α:根據(jù)工件(9)、脈沖激光器(I)和單層納米顆粒(8)的特征參數(shù)，求解工件(9)表面的歸一化激光能量分布，繪制出能量增強特征曲線;根據(jù)環(huán)形微孔的加工內(nèi)徑d或加工外徑D確定出能量增強倍數(shù)A; S4:確定激光輸出能量參數(shù):根據(jù)步驟S3確定的能量增強倍數(shù)A，打開電腦控制系統(tǒng)(11)，設(shè)置脈沖激光器的輸出能量密度J，J= Jo/A，其中Jo為工件(9)損傷能量密度閾值； S5:調(diào)整光束偏振態(tài)和工件位置:調(diào)整偏振控制系統(tǒng)(2)，使得出射的激光束為圓偏振光;將步驟S2中所述表面已沉積完單層納米顆粒的工件放置于三維移動平臺(10)上;在單層納米顆粒(8)上表面覆蓋一層約束層(7); S6:加工工件:電腦控制系統(tǒng)(11)輸出激光，對工件表面進行加工，實現(xiàn)環(huán)形微孔的制作。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種環(huán)形微孔的激光加工方法，其特征在于，步驟S2中所述預(yù)處理工件(9)表面過程如下:對工件(9)表面打磨拋光、超聲波清洗，并在工件(9)表面涂抹包含親水基團的溶劑； 所述得到表面已沉積完單層納米顆粒的加工工件過程如下:將單層納米顆粒(8)配置成5 %固含量的納米顆粒懸浮液，將納米顆粒懸浮液置于超聲波清洗機中超聲10-15min ；使用微量移液器，每次取出500yL，小心滴在已經(jīng)進行預(yù)處理的工件(9)表面;將滴有納米顆粒溶液的鈦合金放置在通風(fēng)無塵廚中傾斜9°靜置12h，至溶劑完全蒸發(fā)，得到表面已沉積完單層納米顆粒的加工工件。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種環(huán)形微孔的激光加工方法，其特征在于，步驟S3中所述確定能量增強倍數(shù)A過程如下: 歸一化入射脈沖激光能量密度為I，設(shè)定納米顆粒和加工工件表面的接觸點為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)原點ο，橫軸為工件表面的位置點，縱坐標(biāo)為能量增強倍數(shù)，進而構(gòu)建坐標(biāo)系;能量增強倍數(shù)的峰值A(chǔ)max對應(yīng)的橫軸位置點分別為+h和-h，在坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)為(土 h，Amax);在能量增強倍數(shù)由接觸點ο上升至峰值A(chǔ)max區(qū)間段，設(shè)激光能量密度為I處的位置點分別為+P和-P，在坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)為(土 P，I);在能量增強倍數(shù)A由峰值A(chǔ)max下降至O區(qū)間段，設(shè)激光能量密度為I處的位置點分別為+q和_q，在坐標(biāo)系中對應(yīng)的坐標(biāo)為(土q，l);其中p、h、q的值滿足:0〈p〈h〈q; 當(dāng)要求加工工件的內(nèi)徑為d時，要求<^〈(1/2〈011，根據(jù)(1尺寸確定+(1或-(1位置點對應(yīng)的能量增強倍數(shù)Ad;當(dāng)要求加工工件的外徑為D時，要求oh<D/2〈oq，根據(jù)D尺寸確定+D或-D位置點對應(yīng)的能量增強倍數(shù)Ad。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種環(huán)形微孔的激光加工方法，其特征在于，步驟S4中所述工件(9)的材料為金屬材料或者半導(dǎo)體材料。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種環(huán)形微孔的激光加工方法，其特征在于，所述工件(9)的材料為鋼、銅、鈦合金、單晶硅、多晶硅中的任意一種。
【文檔編號】B23K26/0622GK105945435SQ201610409601
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】佟艷群, 石琳, 任旭東, 張永康, 吳笑漪, 黃建宇, 王昭, 周武超
【申請人】江蘇大學(xué)