蓝宝石与Invar合金超快激光选区微焊接接头组织和性能

采用飞秒激光选区微焊接技术制备了蓝宝石/Invar合金异质材料接头,研究了激光功率对接头密封性、宏微观形貌和剪切性能的影响.采用扫描电子显微镜、能谱分析仪和激光共聚焦显微镜等表征了接头界面焊接缺陷与元素分布的规律以及接头断裂行为.结果表明,蓝宝石和Invar合金分别经过非线性吸收和线性吸收作用,材料发生了熔化、混合和扩散,形成了犬牙交错的连接界面,说明界面存在着冶金结合和机械咬合双重作用.接头抗剪强度随激光功率单调增加,当激光功率为10.19 W时,最大抗剪强度为145.3 MPa.蓝宝石/Invar合金接头的断裂形式主要为解理性断裂,两侧断口均有Fe,Ni,Al和O元素,进一步说明了超快激光促进了两种材料在界面的冶金反应.     

面向微流体器件封装的硅-蓝宝石异质结构超快激光微连接及接头性能

微纳传感器件中异质材料的互连将决定器件封装的质量,进而影响器件的性能.针对硅与蓝宝石晶圆级异质互连,缺少操作简洁、绿色环保、适于大规模应用的连接技术,采用超快激光穿透连接技术,通过调整硅-蓝宝石晶圆间隙并控制能量输入,对硅与蓝宝石的连接可行性进行了探究.结果表明,在晶圆间隙小于1μm、激光功率7.5 W试验条件下,异质接头处蓝宝石与硅发生相互融合,形成3μm尺寸范围的互锁结构;同时硬脆材料异质接头处易产生的孔隙裂纹等缺陷也得到了有效抑制,通过剪切试验测得接头强度达到2.9 MPa.超快激光硅-蓝宝石异质结构的有效微连接,为大差异性硬脆材料的异质互连提供了研究基础,并在微流体器件封装中得到潜在应用.     

金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术

针对金属结合剂金刚石砂轮表面微槽修整困难的问题,采用红外纳秒激光器开展修整试验,探究激光功率、脉冲重复频率、激光烧蚀时间等因素对其材料去除的影响规律,并对U型和V型2种砂轮微槽提出梯度步进激光修整工艺。结果表明：修整后的砂轮微槽实际轮廓与设计轮廓对比,其顶部和底部实际宽度相对误差的绝对值最大为4.4%,实际深度相对误差的绝对值最大为9.6%。用修整后的砂轮V型微槽对直径为4英寸(10.16 cm)的蓝宝石晶圆边缘进行倒角,晶圆锐利的边缘被修整成规则形状,边缘轮廓对称度良好,且与激光修整后砂轮表面的微槽轮廓一致,验证了金属结合剂金刚石砂轮表面微槽激光成型修整的可行性。     

SiC的激光表面微造型工艺研究

采用灯泵浦YAG-T50系列激光打标机对SiC进行了端面螺旋槽激光微造型加工实验。采用PS50型非接触式三维表面形貌仪测量了槽深和槽内表面粗糙度。通过实验,研究了有效矢量步长、有效矢量步间延时、Q频率、激光电流等工艺参数对微造型加工质量的影响。实验结果表明,当有效矢量步间延时增大或激光电流增大时,螺旋槽深度随之增大;当有效矢量步长增大或Q频率增大时,螺旋槽深度不断减小;而表面粗糙度值则随着有效矢量步间延时、Q频率和激光电流的增大而减小,随着有效矢量步长的增大而增大。从而得出碳化硅的最佳微造型工艺参数为:有效矢量步长0.001mm、有效矢量步间延时60μs、Q频率20kHz、激光电流17A。     

脉冲激光法室温下沉积紫外发光AZO薄膜

在室温下利用脉冲激光沉积法,以石英玻璃为基体成功制备了具有优良光改发光特性的铝掺杂氧化锌晶体薄膜(AZO),激光烧蚀所用的靶材采用自制的合金靶(Zn∶Al 3%,质量分数,下同),沉积过程中保持固定的氧压(10 Pa)和不同的激光能量密度,薄膜结构以XRD表征,铝掺杂氧化锌薄膜的室温PL谱表明,紫外发光中心在359～361 nm.     

纳秒激光直写表面辅助下紫铜的激光焊成形及接头组织和性能

微纳传感器件中异质材料的互连将决定器件封装的质量,进而影响器件的性能. 针对硅与蓝宝石晶圆级异质互连,缺少操作简洁、绿色环保、适于大规模应用的连接技术,采用超快激光穿透连接技术,通过调整硅−蓝宝石晶圆间隙并控制能量输入,对硅与蓝宝石的连接可行性进行了探究. 结果表明,在晶圆间隙小于1 µm、激光功率7.5 W试验条件下,异质接头处蓝宝石与硅发生相互融合,形成3 µm尺寸范围的互锁结构;同时硬脆材料异质接头处易产生的孔隙裂纹等缺陷也得到了有效抑制,通过剪切试验测得接头强度达到2.9 MPa. 超快激光硅−蓝宝石异质结构的有效微连接,为大差异性硬脆材料的异质互连提供了研究基础,并在微流体器件封装中得到潜在应用.

     

紫外脉冲激光辐刻单晶金刚石的研究

目的对单晶金刚石进行紫外激光加工,分析紫外激光对金刚石的辐刻效果。方法在真空环境中,采用波长248 nm(KrF)、脉冲能量500~700 mJ、脉冲频率1~9 Hz、激光功率0.5~6.3 W的脉冲激光对单晶金刚石靶材进行了辐照,并采用光发射谱(OES)对辐照过程中产生的等离子体进行了诊断,采用扫描电镜(SEM)和拉曼谱(Raman)对辐照后的金刚石进行了表征与分析。结果激光辐照后的金刚石发生了凿刻现象,激光的辐刻速率受脉冲频率的影响显著,存在一个频率阈值,使辐刻速率不再随脉冲频率和能量发生明显变化。激光辐刻金刚石过程中产生的等离子体以C_3激元为主,其余为C_1和C_2激元。结论实验表明,激光在辐刻金刚石过程中产生等离子体,是造成激光脉冲频率和脉冲能量对辐刻速率具有阈值特性这一现象的主要原因。此外,紫外脉冲激光辐刻后的金刚石沟槽表面光洁,不存在明显裂纹。     

基于模糊神经网络的晶圆制造产出率预测方法研究

晶圆侦测产出率指标的准确预测,对晶圆制造系统的投料计划和调度优化具有重要意义。为提高晶圆侦测产出率指标的预测精度,提出了一种基于模糊神经网络的晶圆产出率预测方法。基于某晶圆制造企业的实际生产数据,与传统的基于神经网络模型、泊松模型和负二项式模型的晶圆产出率预测方法进行比较,结果表明基于模糊神经网络的晶圆产出率预测方法具有更高的预测精度,证明了该预测方法的有效性。     

激光表面微织构工艺试验及应用研究

在声光调Q二级管泵浦固体光源Nd:YAG激光器基础上,采用"单脉冲同点间隔多次"激光微加工工艺,对45#钢试样表面进行激光微织构加工。分析了离焦量、泵浦电流、重复频率及重复次数对微织构形貌的影响规律。工艺试验表明,微凹腔的直径和深度随着泵浦电流的增大而增大,随着重复频率的增加呈减小的趋势,微凹腔深度随脉冲次数的增加呈近似线性增加,而微凹腔直径呈缓慢减小趋势。通过对某型号四缸汽油机的台架性能试验研究,表明与传统平顶机械珩磨相比,采用激光珩磨技术的汽油机机油耗要比原机降低56%,燃油耗降低1.94%~4.5%。     

硅晶圆分层划片工艺试验研究

目的优化硅晶圆划片工艺参数,提高划片质量。方法提出一种硅晶圆分层划片工艺方法,利用自主研发的精密全自动划片机,通过全因素试验,研究了主轴转速、进给速度和切削深度等工艺参数对分层划片与传统单次划片的工艺性能的影响,检测了崩边宽度、相对缝宽、切缝表面粗糙度,通过检测划片过程中主轴电流大小来间接反映切削力的大小。最后对分层划片工艺进行优化试验,得出最佳工艺参数组合。结果随着划片深度的增加,主轴电流增大,进给速度对主轴电流的影响较小,分层划片可以有效减少划片过程产生的切削力,提高划切效果。分层划片试验发现,随主轴转速的增加,相对缝宽增大;随进给速度增大,相对缝宽先减小后增大。进给速度为15 mm/s,转速为10 000 r/min时,相对缝宽最小,为1.048。随着主轴转速的增加,崩边宽度减小;随着进给速度的增大,崩边宽度增大。进给速度为1 mm/s,转速为25 000 r/min时,崩边宽度最小,为5.31μm。结论与传统单次划片方式相比,分层划片工艺能够得到更好的划片效果,可一定程度上降低崩边宽度,减小相对缝宽值,减少微裂纹,提高划切质量。     

基于层叠式夹持超薄蓝宝石晶片双平面加工实验研究

目的 针对超薄蓝宝石晶片的双平面加工,研究基盘表面高度差对工件平面度的影响,确定双平面加工超薄蓝宝石晶片的有效性.方法 通过多种方式得到具有不同表面高度差(高度差分别为5.3、9.8、19.9、29.7μm)的基盘,利用层叠式夹持方法对超薄蓝宝石晶片进行夹持(厚度0.17 mm)并进行双平面加工,获得不同高度差下的工件...     

飞秒激光全划切超薄碳化硅基片

目的 为实现超薄碳化硅基片全划切,需在加工出窄线宽(小于25 μm)的切割槽的同时保证基片的强度。方法 使用波长为1 030 nm的红外飞秒激光对碳化硅基片进行全划切加工,通过扫描电子显微镜和光学显微镜分析脉冲重复频率、脉冲能量、切割速度和扫描次数对切口宽度、深度以及断面形貌的影响,采用能谱仪对不同脉冲能量下的划切断面进行微区元素分析,采用激光共聚焦显微镜测量划切断面粗糙度,以及采用电子万能实验机测试划切样品的抗弯强度。结果 划切断面的元素主要有Si、C、O 3种,O元素富集在断面的上下边缘位置。SiO2颗粒喷溅重沉积影响断面微纳结构。断面的粗糙度随脉冲能量的增强而上升,基片强度反而下降。在激光脉冲能量为3.08 μJ、脉冲重复频率为610 kHz、切割速度为4 mm/s、切割12次的条件下,可以加工出宽度为15 μm、深度高于100 μm的良好切割槽,断面粗糙度为296 nm,基片抗弯强度为364 MPa。结论 切割槽宽度和深度与脉冲重复频率、脉冲能量、切割速度和扫描次数有关。O元素的分布说明存在SiO2堆积在断面上下边缘部分的现象。使用小脉冲能量激光进行划切,可以减少SiO2颗粒喷溅重沉积,从而使断面出现大量熔块状结构,得到粗糙度较低的断面形貌。断面粗糙度降低,意味着划切断面存在的微裂纹等缺陷减少,从而使强度上升。本试验最终采用较优激光划切工艺参数,实现了飞秒激光全划切超薄SiC基片,槽宽仅为15 μm。由于短脉宽小脉冲能量高重复频率激光的作用以及激光辐射下SiC材料的相分离机制,基片划切断面烧蚀形貌良好,且抗弯强度较好。     

激光熔覆成形致密金属零件试验研究

利用基模CO2激光器进行了单道无搭接熔覆成形Ni25材料试验,获得了致密金属零件,对成形件组织进行了分析研究。得出结论,利用该技术,完全可以获得组织致密、层间形成良好冶金结合、无内部缺陷的工件。     

磨损零件的激光熔覆修复实验研究

研究采用激光熔覆方法修复磨损的零件,将2Cr12基体材料与激光熔覆后的F321合金进行磨损对比实验的结果表明,激光熔覆后的F321合金的耐磨性是基体材料2Cr12的5倍,被修复的2Cr12零件其耐磨性大大提高.在较软的合金粉末中添加硬质相如WC等陶瓷颗粒时,可大大提高软性合金粉末的耐磨性.激光熔覆由软合金和硬质颗粒组成的复合粉末,能使硬质颗粒分散均匀.激光熔覆316L不锈钢熔覆层的实验表明,熔覆层内的硬度分布较均匀.     

水性 UV 树脂的研究进展

详细介绍了各类水性UV树脂的优缺点和合成方法,包括水性聚丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯等。综述了水性UV树脂在超支化技术、有机/无机杂化体系、双重固化体系、环氧丙烯酸酯/聚氨酯丙烯酸酯复合体系等方面的研究进展,简要介绍了水性UV树脂的应用,并展望了其未来的发展方向。     

大尺寸氧化铝单晶的光谱和色心研究

采用冷心放肩微量提拉法（SAPMAC）生长了目前国内最大的氧化铝单晶体（￠ 225mm×205mm，重27．5kg）。测试了大晶坯不同部位样品的真空紫外吸收光谱（140nm～380nm）及荧光光谱。结果表明，晶体各部位样品都存在波长为163nm，178nm及230nm左右的吸收峰位；而且边缘部位样品的吸收系数更大。荧光光谱图上主要存在320nm左右的紫外荧光带和420nm附近的蓝色荧光带。进一步的研究证实了吸收色心起源于氧空位与Ti^4＋复合存在以及Mn针、Cr^3＋等杂质离子的电荷转移过程。计算了不同类型的色心浓度。最后提出了减小色心浓度、提高晶体光学性能的一些工艺措施。     

激光切割铝合金吸收率试验研究

目的提高高反射率材料铝合金对激光的吸收率。方法基于热平衡原理,搭建了一种激光吸收率测试试验台,并对1.2 mm厚2A12硬铝合金试样表面采用了无光漆、炭素墨汁、普通墨汁、石墨等4种不同的表面涂层处理方法,用CO_2脉冲激光发射器进行了定点照射测试,通过K型热电偶测得铝合金试样的温度变化,间接获得了其吸收率的大小。结果试验数据表明,在一定工艺参数下,随着激光功率或扫描时间的增加,所有试样的表面温度整体均呈上升趋势。在四种不同的表面处理方法中,无光漆处理后的铝合金试样吸收率最高,吸收率比原始表面提高了40%,并将这一结论用于工程实践加工,加工后的试样切割面光滑,刮渣尺寸小,表面质量高。结论该吸收率测试装置及表面处理方法,可成功地改善材料对激光的吸收率。     

蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

目的 针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题,对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真,进而优化抛光轮表面结构。方法 设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮,介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理,建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型,分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究,探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果 仿真结果表明,抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明,螺旋槽抛光轮的抛光效果最好,在螺旋抛光轮作用下,材料去除率为0.22 mg/h,抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08 nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论 槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果,影响工件表面流场运动状态,增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮,螺旋槽抛光轮的抛光效率最高,表面粗糙度最低,可有效提高抛光效果。     

Micro-machinability of silver–sodium ion-exchanged glass by UV nanosecond laser

Micro-machining of silver–sodium ion-exchanged lime-sodium glass was carried out using fourth harmonic generation (FHG) of Nd:YAG nanosecond laser. The laser irradiations to silver-doped glasses produced low aspect ratio and defect-free holes because of their high-optical absorptions at the vicinity of ion-exchanged surfaces. The ablation rates (i.e. removed depth per laser shot) of ion-exchanged glasses gradually decreased with the distance from glass surfaces and were saturated, corresponding to the dilution of silver ion concentration. The ablation rates and hole shapes drastically changed when the processed hole bottoms reached the ion penetration depths. Scanning electron microscope images indicated that the walls of processed holes in non-silver-containing region had irregular-shaped and porous structures. Therefore, well-designed ion distributions were necessary for the high-accuracy fabrication of micro-components. From these results, a micro-channel and a cylindrical column-shaped cantilever were fabricated on the glass substrates.