一种激光辅助的化学腐蚀加工方法技术

本发明专利技术公开了一种激光辅助的化学腐蚀加工方法。该激光辅助的化学腐蚀加工方法包括以下步骤：将石英玻璃基片的待加工面浸入碱性腐蚀液中；将激光聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处；通过激光焦点与石英玻璃基片的相对位移，使激光焦点在目标区域内扫描进行加工；将加工后的石英玻璃基片从碱性腐蚀液中取出后，进行清洗。本发明专利技术通过激光的局部加热，然后利用碱性腐蚀液将局部的石英材料腐蚀去除，从而形成特定结构。本发明专利技术加工方法能通过对目标区域材料的有效去除实现石英玻璃基片上精细结构的加工。

【技术实现步骤摘要】
一种激光辅助的化学腐蚀加工方法
本专利技术涉及石英玻璃加工领域，具体涉及一种激光辅助的化学腐蚀加工方法。
技术介绍
石英玻璃材料具有优良的光学性质和无疲劳、低迟滞的力学特性，被广泛的应用于精密光学器件、仪器仪表和生物传感器等领域。石英玻璃是典型的硬脆型材料，通常采用机械加工、激光加工、化学加工等技术方法进行特定石英玻璃结构的加工，用于透镜、基板、微机电系统等。机械加工是传统的硬脆材料加工方法，通常利用磨削作用实现材料的去除，完成铣削、磨抛、划片、倒角、打孔等，其主要的问题是加工面存在明显的亚表层损伤，并且难以实现小尺寸微结构的加工；激光加工可以实现切割或刻蚀加工，但材料融化会形成残渣，气化刻蚀后也会形成亚表层损伤缺陷，影响结构完整性并存在残余应力；化学加工无论是湿法还是干法均需要利用特定的掩膜进行保护，以实现目标区域的材料去除并构成所需的结构，掩膜制作和去除涉及成膜、光刻等技术，工序较多，成本较高。因此在现有技术中，针对石英玻璃基片上精细结构的加工存在材料损伤大，操作较复杂等不足。
技术实现思路
为解决以上至少之一的技术问题，本专利技术提供一种激光辅助的化学腐蚀加工方法，能通过对目标区域材料的有效去除实现石英玻璃基片上精细结构的加工。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种激光辅助的化学腐蚀加工方法，包括以下步骤：将石英玻璃基片的待加工面浸入碱性腐蚀液中；将激光聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处；通过激光焦点与石英玻璃基片的相对位移，使激光焦点在目标区域内扫描进行加工；将加工后的石英玻璃基片从碱性腐蚀液中取出后，进行清洗。在本专利技术的化学腐蚀加工方法中，通过激光的局部加热，然后利用碱性腐蚀液将局部的石英材料腐蚀去除，从而形成特定结构，是一种激光辅助的化学腐蚀加工方法。碱性腐蚀液常温下不会腐蚀石英玻璃，只有在高温下才能与石英玻璃反应生成硅酸钠(水玻璃)。激光作用于加工面后，可以使局部加热产生腐蚀作用，激光的启停相当于腐蚀反应的开关。现有技术中有使用酸性腐蚀液辅助激光切割对难加工材料(如不锈钢)进行加工的方法，其具体是在激光切割过程中利用酸性腐蚀液喷射至加工处，将激光加工产生的不能被辅助气体吹走的熔渣冲蚀掉，从而降低了加工的表面粗糙度，提高加工质量。本专利技术的激光辅助的化学腐蚀加工方法与此相比，具有以下不同点：1)本专利技术中的激光起到在化学腐蚀加工的辅助加热作用，并非激光直接进行切割加工，因此没有辅助气体，就不存在辅助气体将腐蚀液吹散的可能；2)本专利技术中的激光只起到局部加热的作用，因此没有腐蚀液存在的情况下，激光无法单独加工，而以上现有技术中没有腐蚀液，激光也可以单独加工，结合化学腐蚀后改善了激光加工的质量；3)本专利技术的腐蚀液为碱性腐蚀液，碱性腐蚀液常温下不会腐蚀石英玻璃，只有在高温下才能与石英玻璃反应生成硅酸钠(水玻璃)，激光作用于加工面后，可以使局部加热的部位产生腐蚀作用，激光的启停相当于腐蚀反应的开关；而以上现有技术中使用的是酸性腐蚀液，如氢氟酸等，酸性腐蚀液在常温下即可与石英玻璃反应，加热只能改变反应速率，无法实现腐蚀反应的启停，在酸性腐蚀液中，只要与腐蚀液接触，即能被腐蚀，在无掩模的情况下无法实现针对特定区域的加工；本专利技术石英玻璃加工面浸入碱性腐蚀液后，不会被腐蚀，只有激光扫描的区域才能发生腐蚀反应，从而实现针对特定区域的加工。在本专利技术的一个优选方案中，所述碱性腐蚀液为KOH溶液或NaOH溶液。进一步优选地，所述KOH溶液或NaOH溶液的浓度为10mol/L-15mol/L。在本专利技术的一个优选方案中，优选地，所述碱性腐蚀液恒温20℃-25℃，可确保激光作用后的升温一致性。在本专利技术的一个优选方案中，优选地，将石英玻璃基片的待加工面浸入碱性腐蚀液中，同时，非加工面置于碱性腐蚀液外；激光透过非加工面聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处。在本专利技术的激光辅助的化学腐蚀加工方法中，石英玻璃基片也可以完全浸入碱性腐蚀液，此时无论激光直接聚焦于待加工面，还是透过非加工面聚焦于待加工面，激光均需要通过碱性腐蚀液，激光穿过水溶液会被液体吸收，使液体气化、挥发、受热对流等，作用于加工面后不易实现受控的局部加热，从而难以实现稳定的加工。因此加工的稳定性效果会较差一些。同样的，相对于本优选方案，激光也可以不透过非加工面聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处。当待加工面浸入碱性腐蚀液中，非加工面置于碱性腐蚀液外时，激光不透过非加工面聚焦时，则需要穿过碱性腐蚀液才能聚焦于待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处；此时，由于激光穿过水溶液会被液体吸收，使液体气化、挥发、受热对流等，作用于加工面后不易实现受控的局部加热，从而难以实现稳定的加工。因此加工的稳定性效果也会较差一些。在本专利技术的一个优选方案中，优选地，石英玻璃基片在浸入碱性腐蚀液前，用丙酮超声清洗5min-10min并干燥处理，以确保待加工玻璃基片表面清洁。在本专利技术的一个优选方案中，优选地，所述激光由激光器发射后经过扩束镜、反射镜后，用聚焦镜聚焦于待加工的石英基片与碱性腐蚀液接触的界面处。优选地，所述激光为二氧化碳激光或1064nm的光纤激光。进一步的，由于石英玻璃对1064nm的光纤激光的吸收率低，不利于局部加热；因此，更优选地，所述激光为二氧化碳激光。当所述激光为二氧化碳激光时，优选地，所述二氧化碳激光的模式为TEM00，波长为10.6μm；所述聚焦焦距为10cm-15cm；激光焦点平均功率密度为1000W/cm2-1500W/cm2；以使激光焦点所在的加工部位的温度达到约300℃至400℃，促使腐蚀反应的产生。本领域技术人员理解的，当所述激光为1064nm的光纤激光等其他激光时，根据加工需要选择具体的模式、焦距和功率密度等参数。在本专利技术的一个优选方案中，优选地，激光焦点在目标区域内扫描进行加工时，扫描的路径为平行线或螺旋线。进一步的，由于采用平行线可加工图形灵活，加工部位间距固定，加工面一致性较好，更优选地，激光焦点在目标区域内扫描进行加工时，扫描的路径为平行线。当扫描的路径为平行线时，平行线的间距、扫描速度等参数根据需求的加工面的质量和加工效率确定优选参数，采用优选参数有利于提高加工面不同部位的一致性。优选地，所述平行线的间距为0.05mm-0.2mm，扫描速度为0.02mm/s-0.1mm/s；每次扫描后将激光焦点向非加工面方向移动0.005mm-0.01mm，进行重复扫描，直至达到预订加工深度；具体扫描次数根据目标区域的加工深度确定。在本专利技术的一个优选方案中，优选地，对加工后的石英玻璃基片进行清洗包括：依次用去离子水和丙酮进行清洗，清洗方法包括超声清洗、喷淋、漂洗中的一种或两种以上。本专利技术的方案是结合激光进行的化学腐蚀加工，激光起到局部加热的作用，没有腐蚀液存在的情况下，激光无法单独加工，没有激光加热，碱性腐蚀液常温下也不会腐蚀石英玻璃，只有两者结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，该激光辅助的化学腐蚀加工方法包括以下步骤：/n将石英玻璃基片的待加工面浸入碱性腐蚀液中；/n将激光聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处；/n通过激光焦点与石英玻璃基片的相对位移，使激光焦点在目标区域内扫描进行加工；/n将加工后的石英玻璃基片从碱性腐蚀液中取出后，进行清洗。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，该激光辅助的化学腐蚀加工方法包括以下步骤：
将石英玻璃基片的待加工面浸入碱性腐蚀液中；
将激光聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处；
通过激光焦点与石英玻璃基片的相对位移，使激光焦点在目标区域内扫描进行加工；
将加工后的石英玻璃基片从碱性腐蚀液中取出后，进行清洗。


2.根据权利要求1所述的激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，所述碱性腐蚀液为KOH溶液或NaOH溶液。


3.根据权利要求2所述的激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，所述KOH溶液或NaOH溶液的浓度为10mol/L-15mol/L。


4.根据权利要求1-3任一项所述的激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，所述碱性腐蚀液恒温20℃-25℃。


5.根据权利要求1所述的激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，将石英玻璃基片的待加工面浸入碱性腐蚀液中，同时，非加工面置于碱性腐蚀液外；激光透过非加工面聚焦于石英玻璃基片的待加工面与碱性腐蚀液接触的界面处。


6.根据权利要求1所述的激光辅助的化学腐蚀加工方法，其特征在于，石英玻璃基片在浸入碱性腐蚀液前，用丙酮超...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦淑斌，王宝军，袁枫，于湘涛，魏超，潘天鹏，任增辉，杨金耋，
申请(专利权)人：航天科工惯性技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11