一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法，属于表面改性技术领域。包括以下步骤：对RB

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法，属于表面改性


技术介绍

[0002]在过去的几十年里，激光器已被广泛地应用于生物医疗、材料加工和军事科学中。然而，高能激光辐照会在短时间内对大多数材料造成严重损伤，导致其发生烧蚀失效。基于激光烧蚀的机理，有必要开发一种保护材料免受激光损伤的方法。一般来说，涂层可以通过物理化学反应或材料去除消耗大量的激光能量，可以实现对激光烧蚀的长期保护。因此，制备高反射率的抗烧蚀涂层是解决激光烧蚀过程相关问题的一种可行途径。
[0003]反应烧结碳化硅(RB
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SiC)具有超高熔点(2800℃)，高硬度、耐化学攻击、高稳定性等特点，已被广泛用作涂层材料。此外，该材料在空气中进行激光辐照后的一个显著特点是可形成氧化产物(二氧化硅)，熔化的二氧化硅可以通过封闭烧蚀复合的孔来帮助形成稳定的结构，因此在表面上形成的二氧化硅层可以用来保护底层，这使得RB
‑
SiC在保护材料免受高能激光烧蚀方面具有良好的应用潜力。同时，表面涂层去除后对反射率的影响目前尚未见人报道。因此，开发一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法很有必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法，该方法是利用不同功率的纳秒激光对RB
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SiC表面进行辐照，得到具有不同微纳形貌且SiO2相含量不同的表面。高激光功率下诱导形成的致密的蜘蛛网状SiO2薄膜能使表面反射率提高83％以上。另外，去除表面SiO2薄膜后能使表面反射率恢复到原始抛光表面水平。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法，具体包括如下操作步骤：
[0007](1)先用无水乙醇对20
×
20
×
5mm的RB
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SiC表面进行超声波清洗，然后对清洗表面进行磁流变抛光处理，最后用无水乙醇擦拭，在室温下静置10min后获得洁净干燥的RB
‑
SiC表面A；
[0008](2)在空气环境下，对步骤(1)所得的RB
‑
SiC表面A以不同的激光辐照参数进行纳秒激光辐照，得到具有不同微纳形貌且SiO2相含量不同的表面；采用较低激光功率制备得到的表面记为B，其表面结构呈现为存在间隙的圆顶状颗粒结构，且颗粒结构尖端被SiO2覆盖，这使得表面的反射率在200
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2500nm波长范围内较原始表面提高10％以上；采用较高激光功率制备得到的表面记为C，其表面为紧密的蜘蛛网状SiO2薄膜层，这使得表面的反射率在200
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2500nm波长范围内较原始表面提高83％以上；所述的圆顶状颗粒结构是RB
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SiC在低功率纳秒激光辐照下，熔池中的熔融Si在反冲压力和大气压力的共同作用下重铸而成的；SiO2薄膜是RB
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SiC在纳秒激光辐照下，Si融化和SiC融化分解之后产生的熔融Si以及Si蒸
汽与空气中的氧气发生化学反应生成SiO2后沉积在表面所得；致密的蜘蛛网状SiO2薄膜层是由于大量SiO2颗粒无序堆积而成；所述的激光辐照参数包括：激光波长1064nm，激光扫描速度为10mm/s，频率为700kHz，脉宽为7ns，激光能量分布为高斯分布；
[0009](3)将上述步骤2中制备得到的表面C先进行表面薄膜的均匀去除，然后用无水乙醇对表面进行擦拭，待擦拭的棉签不变色时完成擦拭，最后将擦拭表面置于室温下静置5min后得到去除SiO2薄膜的表面D，去除致密SiO2薄膜层后得到的表面D的反射率与原始表面反射率相近。
[0010]进一步的，步骤(1)中所述抛光后的RB
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SiC表面的粗糙度在100nm左右，磁流变抛光设置参数为：抛光轮转速为1200r/min，磁场为恒定磁场，磁流变液流量为520mL/min，缎带厚度为1.3mm。
[0011]进一步的，步骤(2)中所述纳秒激光制备的B表面是在激光功率为7.6W下刻蚀制备的；C表面是在激光功率为14.7W下刻蚀制备的。
[0012]与现有技术相比，本专利技术技术方案具有的有益效果为：
[0013]本专利技术的制备方法具有工艺简单、绿色环保、可重复性强等优点。制备过程中可通过改变激光功率控制SiO2相含量和表面微观形貌。SiO2薄膜和独特的微纳结构会使得表面反射率增加。同时，对产生的SiO2薄膜进行刮去和擦拭后能使得表面反射率与原始表面反射率相近。
附图说明
[0014]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0015]图1为原始反应烧结碳化硅表面的扫描电镜图。
[0016]图2为纳秒激光功率为7.6W辐照后的表面的扫描电镜图(500X)。
[0017]图3为纳秒激光功率为7.6W辐照后的表面的扫描电镜图(3000X)。
[0018]图4为纳秒激光功率为14.7W辐照后的表面的扫描电镜图(500X)。
[0019]图5为纳秒激光功率为14.7W辐照后的表面的扫描电镜图(3000X)。
[0020]图6为纳秒激光功率为7.6/14.7W辐照的后表面的EDS结果图。
[0021]图7为刮拭掉纳秒激光功率为14.7W辐照后的表面的白色粉末的EDS结果图。
[0022]图8为纳秒激光功率为14.7W辐照后的表面的白色粉末的XRD结果图。
[0023]图9为原始表面和去除SiO2薄膜层后的表面的三维形貌图。
[0024]图10为不同表面的反射率图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0026]本专利技术的基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法，具体包括如下操作步骤：
[0027](1)先用无水乙醇对20
×
20
×
5mm的RB
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SiC表面进行超声波清洗，然后对清洗表面进行磁流变抛光处理，最后用无水乙醇擦拭，在室温下静置10min后获得洁净干燥的RB
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SiC表面A；
[0028](2)在空气环境下，对步骤(1)所得的RB
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SiC表面A以不同的激光辐照参数进行纳秒激光辐照，得到具有不同微纳形貌且SiO2相含量不同的表面；采用较低激光功率制备得到的表面记为B，其表面结构呈现为存在间隙的圆顶状颗粒结构，且颗粒结构尖端被SiO2覆盖，这使得表面的反射率在200
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2500nm波长范围内较原始表面提高10％以上；采用较高激光功率制备得到的表面记为C，其表面为紧密的蜘蛛网状SiO2薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光加工反应烧结碳化硅制备增反膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)先用无水乙醇对20
×
20
×
5mm的RB
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SiC表面进行超声波清洗，然后对清洗表面进行磁流变抛光处理，最后用无水乙醇擦拭，在室温下静置10min后获得洁净干燥的RB
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SiC表面A；(2)在空气环境下，对步骤(1)所得的RB
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SiC表面A以不同的激光辐照参数进行纳秒激光辐照，得到具有不同微纳形貌且SiO2相含量不同的表面；采用较低激光功率制备得到的表面记为B，其表面结构呈现为存在间隙的圆顶状颗粒结构，且颗粒结构尖端被SiO2覆盖，这使得表面的反射率在200
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2500nm波长范围内较原始表面提高10％以上；采用较高激光功率制备得到的表面记为C，其表面为紧密的蜘蛛网状SiO2薄膜层，这使得表面的反射率在200
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2500nm波长范围内较原始表面提高83％以上；所述的圆顶状颗粒结构是RB
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SiC在低功率纳秒激光辐照下，熔池中的熔融Si在反冲压力和大气压力的共同作用下重铸而成的；SiO2薄膜是RB
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄虎，安鸿，钱永峰，郭爽，汪井涛，刘博，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：