一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法及钻孔系统技术方案

本发明专利技术公开一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法及钻孔系统，包括以下步骤：S10、确定陶瓷工件的钻孔区域；S20、采用激光钻孔系统对所述钻孔区域进行钻孔加工，同时使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体；S30、所述钻孔加工完成后，采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射一定浓度的腐蚀性液体。本发明专利技术通过使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体，可以降低激光加工过程中产生的高热量，有效减少甚至避免微裂纹的产生，降低重铸层厚度，减少熔渣的产生；钻孔加工完成后再采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射腐蚀性液体，可以对激光加工过程中产生的重铸层及熔渣进行腐蚀处理，进一步降低重铸层厚度，减少熔渣产生，提高加工精度与质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬脆性工件的激光加工技术，具体涉及一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法及钻孔系统。
技术介绍
工程陶瓷材料因具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温等优越性能，已在现代工业中得到广泛应用。由于工程陶瓷硬度高、脆性大的材料特性，使得其加工困难，特别是孔的加工更为困难。激光加工技术的高能量及非接触性等加工特点在陶瓷材料的钻孔加工中显示出了其它方法无可比拟的优势。单纯采用激光加工，易使陶瓷材料产生微裂纹，而且重铸层厚度大，加工质量与精度难以保证。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，以减少陶瓷工件表面以及孔壁上微裂纹的产生，降低重铸层厚度，减少熔渣产生，并增加可加工陶瓷工件的厚度，提高加工质量与精度。本专利技术的另一个目的在于提供一种应用于上述陶瓷钻孔方法的钻孔系统。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，包括以下步骤：S10、确定陶瓷工件的钻孔区域；S20、采用激光钻孔系统对所述钻孔区域进行钻孔加工，同时使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体；本专利技术通过使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体，可以降低激光加工过程中产生的高热量，有效减少甚至避免微裂纹的产生，降低重铸层厚度，减少熔渣的产生。S30、所述钻孔加工完成后，采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射一定浓度的腐蚀性液体；钻孔加工完成后再采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射腐蚀性液体，可以对激光加工过程中产生的重铸层及熔渣进行腐蚀处理，进一步降低重铸层厚度，减少熔渣产生，提高加工精度与质量。于本专利技术中，陶瓷工件可以为氧化铝陶瓷或者其他硬脆材料。其中，所述冷却液体为易挥发性的有机溶剂。本专利技术选用易挥发性的有机溶剂作为冷却液体，易挥发性有机溶剂喷设至陶瓷工件的表面，通过其挥发可及时带走激光加工过程中产生的高热量。优选的，所述冷却液体为酒精，酒精的挥发速度快，可及时带走高热量。优选的，所述腐蚀性液体选自一定浓度的KOH或NaOH等碱性液体。其中，所述激光钻孔系统的加工参数为：激光的波长为1064nm，激光的脉冲宽度为10～200ns，输出功率为10～20W，重复频率为10～1000KHz，离焦量为-2～2mm。其中，所述第一射流系统的喷嘴直径为0.1～1mm，所述第一射流系统喷射的所述冷却液体的压力为5～20bar，喷射角度为30～80°，所述第一射流系统的喷射点与激光的焦点重合。其中，所述第二喷射系统的喷嘴直径为0.1～1mm，所述第二射流系统喷射的所述腐蚀性液体的压力为5～20bar，所述第二流系统垂直于陶瓷工件的表面。作为本专利技术的陶瓷钻孔方法的优选方案，所述步骤S10之前以及所述步骤S30之后均包括以下步骤：将陶瓷工件置于有机溶剂中进行超声清洗，然后采用烘箱烘干。所述有机溶剂为酒精或丙酮，优选为酒精，通过有机溶剂可以去除加工前或者加工做成中产生的表面杂质及污染物。所述超声清洗的时间为15～20min。本专利技术还提供一种液体辅助激光的陶瓷钻孔系统，用于对陶瓷工件进行钻孔加工。该陶瓷钻孔系统包括激光钻孔系统、第一射流系统和第二射流系统，激光钻孔系统包括激光器、反射镜和聚焦组件，反射镜朝向激光器倾斜，聚焦组件设置于反射镜的下方，包括聚焦装置和位于聚焦装置内的聚焦镜，聚焦装置具有供激光束进出的入口和出口，由激光器发出的激光束经过反射镜的反射之后，经聚焦装置的入口进入，穿过聚焦镜后从聚焦装置的出口射出至陶瓷工件的表面对置于载物台上的陶瓷工件进行钻孔加工，载物台置于水槽中，水槽置于精密平台上，第一射流系统的喷射点与激光聚焦点保持一致，第一射流系统与陶瓷工件表面的激光束之间的夹角为30～80°。第二射流系统与激光钻孔系统错开设置于精密平台上方，并垂直于陶瓷工件所在的平面。本专利技术的有益效果为：本专利技术的陶瓷工件钻孔方法中，确定钻孔区域后，首先采用激光钻孔系统对所述钻孔区域进行钻孔加工，同时使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体；所述钻孔加工完成后，采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射腐蚀性液体。本专利技术通过使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体，可以降低激光加工过程中产生的高热量，有效减少甚至避免微裂纹的产生，降低重铸层厚度，减少熔渣的产生；钻孔加工完成后再采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射腐蚀性液体，可以对激光加工过程中产生的重铸层及熔渣进行腐蚀处理，进一步降低重铸层厚度，减少熔渣产生，提高加工精度与质量。附图说明图1为本专利技术实施例的陶瓷工件钻孔系统的示意图。图1中：1、激光钻孔系统；11、激光器；12、激光束；13、反射镜；14、聚焦组件；141、聚焦装置；142、聚焦镜；2、第一射流系统；3、第二射流系统；100、陶瓷基板；200、载物台；300、水槽；400、精密平台。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术以陶瓷基板为例，采用图1所示的陶瓷工件钻孔系统对陶瓷基板进行钻孔加工。该陶瓷工件钻孔系统包括激光钻孔系统1、第一射流系统2和第二射流系统3，激光钻孔系统1包括激光器11、反射镜13和聚焦组件14，反射镜13朝向激光器11倾斜，聚焦组件14设置于反射镜13的下方，包括聚焦装置141和位于聚焦装置141内的聚焦镜142，聚焦装置141具有供激光束12进出的入口和出口，由激光器11发出的激光束12经过反射镜13的反射之后，经聚焦装置141的入口进入，穿过聚焦镜142后从聚焦装置141的出口射至陶瓷基板100的表面对置于载物台200上的陶瓷基板100进行钻孔加工，载物台200置于水槽300中，水槽300置于精密平台400上，第一射流系统2的喷射点与激光聚焦点保持一致，第一射流系统2与陶瓷基板100表面的激光束200之间的夹角为30～80°。第二射流系统2与激光钻孔系统1错开设置于精密平台400上方，并垂直于陶瓷基板100所在的平面。下面以陶瓷基板100的钻孔方法为例来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1步骤1：将陶瓷基板置于酒精中超声清洗15min，并用烘箱烘干；步骤2：将陶瓷基板固定于三维精密加工平台上，使用激光钻孔系统对陶瓷基板进行钻孔加工(激光加工参数为波长1064nm，脉冲宽度为50ns，输出功率为15W，重复频率为500kHz，离焦量为-1mm)激光焦点为材料表面，同时由射流喷嘴1向材料表面喷射冷却液体(所述液体为酒精，射流系统的压力为20bar，喷嘴直径为0.5mm，倾斜角度为75°，冲蚀点与激光焦点重合)；步骤3：加工完成后，由三维精密加工平台将陶瓷基板移动至图中虚线所示位置，使用射流喷嘴2向材料表面垂直喷射一定浓度的NaOH溶液，射流系统的压力为20bar，喷嘴直径为0.5mm，冲蚀点与激光焦点重合)；步骤4：取下陶瓷基板，置于酒精中超声清洗20min，并用烘箱烘干。实施例2步骤1：将陶瓷基板置于酒精中超声清洗30min，并用烘箱烘干；步骤2：将陶瓷基板固定于三维精密加工平台上，使用激光钻孔系统对陶瓷基板进行钻孔加工(激光加工参数为波长1064nm，脉冲宽度为10ns，输出功率为10W，重复频率为20kHz，离焦量为1mm)激光焦点为材料表面，同时由第一射流系统1向材料表面喷射酒精(射流系统的压力为5bar，喷嘴直径为0.1mm，倾斜角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、确定陶瓷工件的钻孔区域；S20、采用激光钻孔系统对所述钻孔区域进行钻孔加工，同时使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体；S30、所述钻孔加工完成后，采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射腐蚀性液体。

【技术特征摘要】
1.一种液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、确定陶瓷工件的钻孔区域；S20、采用激光钻孔系统对所述钻孔区域进行钻孔加工，同时使用第一射流系统向所述钻孔区域喷射冷却液体；S30、所述钻孔加工完成后，采用第二射流系统向所述钻孔区域喷射腐蚀性液体。2.根据权利要求1所述的液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，所述冷却液体为易挥发性的有机溶剂。3.根据权利要求1所述的液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，所述冷却液体为酒精。4.根据权利要求1所述的液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，所述腐蚀性液体选自一定浓度的KOH或NaOH。5.根据权利要求1所述的液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，所述激光钻孔系统的加工参数为：激光的波长为1064nm，激光的脉冲宽度为10～200ns，输出功率为10～20W，重复频率为10～1000kHz，离焦量为-2～2mm。6.根据权利要求1所述的液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，所述第一射流系统的喷嘴直径为0.1～1mm，所述第一射流系统喷射的所述冷却液体的压力为5～20bar，喷射角度为30～80°，所述第一射流系统的喷射点与激光的焦点重合。7.根据权利要求1所述的液体辅助激光的陶瓷钻孔方法，其特征在于，所述第二喷射系统的喷嘴直径为0.1～1mm，所述第二射流系统喷射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成勇，王宏建，林华泰，郑李娟，胡小月，伍尚华，王启民，郭伟明，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44