一种激光透明材料镀层/刻蚀的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光透明材料镀层/刻蚀的方法及装置，包括如下步骤：透明材料固定在金属板材上方，通过夹持装置使透明材料与金属板材紧密结合；本发明专利技术利用透明材料的透光特性使脉冲激光焦点聚焦在透明材料下表面和金属板上表面交界处，脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处。所述脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处的金属板材表面，经过金属板材的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，实现激光对透明材料背向镀层或刻蚀加工。通过此种方法在工件表面定域覆盖镀层能够实现良好的生物性，化学性能以及良好的导电性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种激光透明材料镀层/刻蚀的方法及装置


[0001]本专利技术涉及激光刻蚀领域或者激光镀层领域或者透明材料的激光加工领域，特别涉及一种激光透明材料镀层/刻蚀的方法及装置。

技术介绍

[0002]以玻璃为代表的透明类材料具有绝缘性好、耐腐蚀、耐高温、硬度高等特点，目前在航空航天、信息通信、生物医疗、精密仪器等领域受到广泛应用。由于其本身的高硬度和高脆性特点，传统的机械切削加工方法难以完成微细结构的加工，激光加工方法是目前较为合适的加工方法。
[0003]激光加工是把具有足够能量的激光束聚焦后照射到所加工工件的适当部位，在极短的时间内，被辐照部位吸收光能，光能转化为热能使材料迅速升温，材料以融化和气化的形式去除。激光加工由于激光束和工件之间不接触，没有机械应力，能够获得较高的表面加工质量。激光加工具有适应性强，能加工多种材质，加工效率高，加工质量好，综合效益高等优点。
[0004]但是透明类材料由于材料本身透光率较高，因此对激光的吸收较少，材料损伤阀值较大，大部分激光透过材料造成激光难以形成加工痕迹，要想实现材料去除需要达到更高的能量密度。且由于透明材料本身杂质的影响，过高的激光能量会造成材料工痕迹不均匀，加工质量差。
[0005]相关研究人员对激光加工透明材料技术的研究取得了一定进展，中国专利号提出将过渡金属离子或稀土离子掺入待加工玻璃中，离子掺杂的浓度达到使待加工玻璃的吸收光谱发生改变并形成吸收峰，得到颜色玻璃；测量得到的颜色玻璃的吸收光谱，将该吸收光谱中吸收峰的波长作为共振吸收波长；采用飞秒激光工艺对所述颜色玻璃的表面或内部进行加工，其中采用的飞秒激光的波长等于共振吸收波长。与传统的飞秒激光加工方法相比，能够实现对材料的高效率和波长选择性加工，但该专利中需要对玻璃进行处理，得到颜色玻璃才能实现后续加工，无法有效加工已有的玻璃及其他透明类材料。而且需要选择特定波长的激光器。
[0006]中国专利号提出一种静压力水辅助纳秒激光加工透明介质材料的设备，透明介质材料与水接触产生接触面，能提高透明介质材料在接触界面的激光吸收率，有助于提高纳秒激光的加工效率，利于提升纳秒激光加工效果，使加工后的激光材料质量能得到保证，利用发条的特性及磁性原理，能实现对不同厚度的激光材料的压紧，通过与密封圈的配合，防止待激光加工透明介质材料渗水，进一步提高激光吸收率。然而，该技术方案利用水面增强激光的反射，反射率不稳定，反射效果有限，会造成加工结果不稳定。此外，该技术方案只适用于特定大小的工件，无法胜任各种不同尺寸工件的灵活加工。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种激光透明材料镀层/刻蚀的方法
及装置，利用透明材料的透光特性使激光焦点聚焦在透明材料下表面和金属板上表面交界处，经过金属板的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，实现激光对透明材料的背向镀层或刻蚀加工。本专利技术实现了透明类材料的高效加工，激光焦点聚焦在透明材料下表面和金属板上表面交界处，经过金属板的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，不但可以实现激光对透明材料的背向线加工，还可以实现背向面加工以及减薄加工。同时由于金属板的反射和吸收，不需要很高的能量密度就可以实现材料去除，将透明材料中的杂质影响降到最低，可以在提高表面加工质量和尺寸精度的同时提高加工效率。
[0008]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009]一种激光透明材料镀层的方法，包括如下步骤：
[0010]透明材料固定在金属板材上方，通过夹持装置使透明材料与金属板材紧密结合；
[0011]脉冲激光穿过透明材料聚焦在金属板材上表面和透明材料下表面交界处，脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处，用于在透明材料下表面形成镀层。
[0012]进一步，所述脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处的金属板材表面，经过金属板材的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，实现激光对透明材料的背向镀层。
[0013]进一步，在透明材料下表面形成镀层具体为：
[0014]利用脉冲激光产生的冲击应力，使金属板材上表面产生金属粉末；
[0015]通过脉冲激光熔覆金属粉末，且熔覆后的金属粉末位于金属板材上表面和透明材料下表面交界处；
[0016]通过冷却透明材料使熔覆后的金属粉末附着在透明材料下表面。
[0017]一种激光透明材料刻蚀的方法，包括如下步骤：
[0018]透明材料固定在金属板材上方，通过夹持装置使透明材料与金属板材紧密结合；
[0019]脉冲激光穿过透明材料聚焦在金属板材上表面和透明材料下表面交界处，脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处，用于在透明材料下表面形成镀层；
[0020]通过与镀层反应的酸溶液去除所述透明材料下表面的镀层。
[0021]进一步，所述脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处的金属板材表面，经过金属板材的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，实现激光对透明材料的背向镀层。
[0022]进一步，在透明材料下表面形成镀层具体为：
[0023]利用脉冲激光产生的冲击应力，使金属板材上表面产生金属粉末；
[0024]通过脉冲激光熔覆金属粉末，且熔覆后的金属粉末位于金属板材上表面和透明材料下表面交界处；
[0025]通过冷却透明材料使熔覆后的金属粉末附着在透明材料下表面。
[0026]一种实现激光透明材料刻蚀/镀层的方法的装置，包括激光辐照系统、辅助加工系统和运动控制系统；
[0027]所述辅助加工系统包括金属板材、透明材料、夹持装置和运动平台；金属板材放置于透明材料下方，所述金属板材和透明材料通过夹持装置安装在运动平台；
[0028]所述激光辐照系统包括脉冲激光器和聚焦透镜，所述脉冲激光器用于产生脉冲激光，所述脉冲激光经过聚焦透镜聚焦在金属板材与透明材料交界面处；
[0029]所述运动控制系统包括计算机和运动控制器，所述计算机分别与脉冲激光器和运动控制器连接，所述运动控制器用于控制运动平台空间运动。
[0030]进一步，还包括吹气装置，所述吹气装置位于透明材料附近，用于对透明材料进行散热。
[0031]本专利技术的有益效果在于：
[0032]1.本专利技术所述的激光透明材料镀层/刻蚀的方法，采用金属板材辅助激光背向加工，在透明材料下方紧贴固定金属板，利用透明材料的透光特性使激光焦点聚焦在透明材料下表面和金属板上表面交界处，经过金属板的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，不但可以实现激光对透明材料的线加工，还可以实现面加工以及减薄加工。
[0033]2.本专利技术所述的激光透明材料镀层/刻蚀的方法，透明类材料由于材料本身透光率较高，因此对激光的吸收较少，材料损伤阀值较大，大部分激光透过材料造成激光难以形成加工痕迹，要想实现材料去除需要达到更高的能量密度。且由于透明材料本身杂质的影响，过高的激光能量会造成材料工痕迹不均匀，加工质量差。本技术方案由于金属板的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光透明材料镀层的方法，其特征在于，包括如下步骤：透明材料(11)固定在金属板材(12)上方，通过夹持装置(9)使透明材料(11)与金属板材(12)紧密结合；脉冲激光穿过透明材料(11)聚焦在金属板材上表面和透明材料(11)下表面交界处，脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处，用于在透明材料(11)下表面形成镀层。2.根据权利要求1所述的激光透明材料镀层的方法，其特征在于，所述脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处的金属板材(12)表面，经过金属板材(12)的反射和吸收，在交界处激发出等离子体，实现激光对透明材料(11)的背向镀层。3.根据权利要求1所述的激光透明材料镀层的方法，其特征在于，在透明材料(11)下表面形成镀层具体为：利用脉冲激光产生的冲击应力，使金属板材上表面产生金属粉末；通过脉冲激光熔覆金属粉末，且熔覆后的金属粉末位于金属板材上表面和透明材料(11)下表面交界处；通过冷却透明材料(11)使熔覆后的金属粉末附着在透明材料(11)下表面。4.一种激光透明材料刻蚀的方法，其特征在于，包括如下步骤：透明材料(11)固定在金属板材(12)上方，通过夹持装置(9)使透明材料(11)与金属板材(12)紧密结合；脉冲激光穿过透明材料(11)聚焦在金属板材上表面和透明材料(11)下表面交界处，脉冲激光产生的冲击应力和空化应力作用于交界处，用于在透明材料(11)下表面形成镀层；通过与镀层反应的酸溶液去除所述透明材料(11)下表面的镀层。5.根据权利要求4所述的激光透明材料刻蚀的方法，其特征在于，所述脉冲激光产生的冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵斗艳，张朝阳，朱浩，戴学仁，高健，吴予澄，王银飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：