納秒脈沖激光的掩模微細(xì)刻蝕加工試驗(yàn)研究.pdf

1、激光微細(xì)加工技術(shù)是利用激光束作用于工件表面的激光輻射效應(yīng),改變工件形狀,或材料性能的一種特種加工技術(shù),屬于非接觸加工,具有表面質(zhì)量好、無(wú)工具磨損等優(yōu)點(diǎn),在微細(xì)制造領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用潛力。本文主要研究了納秒脈沖激光的掩模微細(xì)刻蝕加工,在激光的傳輸光路中加入掩模板,實(shí)現(xiàn)了掩模圖形的激光縮映加工,與飛秒激光微細(xì)加工相比可顯著提高加工效率,加工精度由掩模保證。
　　 本文從金屬的脈沖激光熱-力學(xué)加工機(jī)理出發(fā),采用納秒脈沖激光進(jìn)行了常規(guī)掩

2、模和液晶掩模的微細(xì)刻蝕加工試驗(yàn),分析了激光能量參數(shù)對(duì)刻蝕加工的作用和影響。本文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)研究了不同介質(zhì)中納秒脈沖激光掩模加工效果,實(shí)現(xiàn)了成形精度較好的激光掩模微細(xì)刻蝕加工:
　　 針對(duì)納秒脈沖激光加工的熱影響問(wèn)題,構(gòu)建納秒脈沖激光掩模微細(xì)加工系統(tǒng),分別在空氣中、純水中和鹽溶液中進(jìn)行了加工試驗(yàn)。與空氣中激光的熱燒蝕加工相比,激光加工水下工件時(shí),由于水流的作用,激光輻照的多余熱量被帶走,加工熱影

3、響區(qū)明顯減小。同時(shí),水下激光輻照還會(huì)在加工區(qū)域造成光學(xué)擊穿產(chǎn)生等離子體沖擊波,在水層的約束限制作用下,加工表現(xiàn)出了明顯的沖擊波力學(xué)效應(yīng)。正是通過(guò)這種熱-力學(xué)的復(fù)合效應(yīng),使金屬材料表面產(chǎn)生材料去除和變形的加工效果。最終在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的NaNO3的溶液中,利用熱-力效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)合作用,實(shí)現(xiàn)了線寬120μm左右,熱影響區(qū)小,成形精度較好的微細(xì)刻蝕加工。
　　 (2)研究了液晶掩模的納秒脈沖激光加工效果,測(cè)得了液晶掩模損傷激光

4、損傷閾值,并在合適的激光密度能量范圍內(nèi)加工出完整的圖形:
　　 針對(duì)常規(guī)掩模的圖形不能實(shí)時(shí)變化的缺點(diǎn),為提高激光掩模加工的靈活性,采用液晶空間調(diào)制器作為柔性掩模進(jìn)行了刻蝕加工試驗(yàn)。在分析液晶掩模原理的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了液晶掩模激光微細(xì)加工系統(tǒng),并且通過(guò)試驗(yàn)研究了液晶掩模加工圖形特點(diǎn)和液晶掩模的損傷現(xiàn)象,測(cè)得了激光對(duì)液晶掩模照射的損傷閾值。觀察液晶掩模的加工形貌發(fā)現(xiàn),圖形線條呈現(xiàn)邊緣沒(méi)有燒蝕而內(nèi)部發(fā)生燒蝕的現(xiàn)象,其因?yàn)槭怯捎诤跂耪诠庖?/p>