单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究

以单晶硅为对象,使用波长355 nm、脉宽15 ns的纳秒激光对单晶硅进行烧蚀加工试验研究.基于单因素法设计并完成了单晶硅纳秒脉冲激光直线刻蚀试验,探究了激光输出功率、激光脉冲重复频率、激光扫描速度和扫描次数对纳秒脉冲激光加工单晶硅表面形貌的影响规律.基于优化的加工工艺参数,在单晶硅表面制备出方形阵列的微结构.     

钛合金表面微结构激光加工及参数优化

针对钛合金种植体与人体组织的结合问题,提出利用激光加工方法在钛合金表面加工微结构,并对激光加工的参数进行优化。首先,对材料进行预处理;然后,分别改变电流和Q频率等参数,在钛合金表面进行激光加工试验,寻找一组能在材料表面加工出理想微凹坑形貌的参数,最后使用优化参数在钛合金表面加工微结构。结果表明:激光加工钛合金微结构阵列的最佳电流为13A,Q频率为3k Hz;采用优化后的激光加工参数可以得到形貌规则的微凹坑阵列。     

激光诱导铜产生等离子体羽辉的颜色特性

为了研究等离子体羽的辐射特性,建立了激光诱导辐射模型。通过时空分辨光谱测量技术,测定了激光烧蚀铜诱导产生等离子体羽辉在氧气环境下的发射光谱及其发射强度随时间与空间的分布;利用快速照相法,拍摄了等离子体羽的照片。结果表明:等离子体羽光谱主要由Cu的原子谱线、一价离子谱线组成;其不同区域的颜色不同,且随环境气压而变化。认为等离子体羽的不同区域诱导发光机理不同,中心区域以连续辐射为主;中间区域以原子谱线和一价离子谱线为主;外围区域以原子谱线为主。连续辐射主要来自近靶处高能电子运动而产生的韧致辐射以及电子和一价离子的复合;一价离子谱线主要来自近靶处高能电子与一价离子碰撞传能;原子谱线主要来自电子与原子的碰撞传能以及近靶处电子与一价离子的复合。     

超短脉冲激光加工超疏水功能性微结构表面

典型微结构的制备,尤其是具备特定功能性微结构表面的高效加工已成为加工制造业的研究热点。以超快皮秒脉冲激光为加工手段,实现超疏水功能性微结构表面的高效制备。试验结果显示,采用脉冲宽度为8.1ps、波长为532nm的超短皮秒脉冲激光可以一次构造出具有微纳双重结构的超疏水功能性微结构表面,其静态接触角可以高达158°,滚动角小于5°。该试验为此类功能性微结构表面的加工及应用开拓了全新的技术方法,应用前景广阔。     

激光诱导等离子体光谱仪实验装置的构建

激光诱导等离子体光谱仪是一种具有实时在线、非接触、多元素同时探测等优点的分析仪器。它无需制备样品,是钢铁冶炼中在线元素快速检测的仪器之一。本文将线阵CCD放置于罗兰圆上,搭建了一台紫外波段的激光诱导等离子体光谱仪实验装置,光谱分辨率达0.1nm,覆盖的光谱波段为235～260nm,主要用于检测钢铁材料中的C元素。实验结果表明,该系统的搭建是成功的。     

激光诱导等离子体光谱直接探测气溶胶中的锶元素

气溶胶中锶元素的监测对于大气污染防治和工业设施排放监控具有重要意义。激光诱导等离子体光谱技术具有无需采样预处理、可原位快速检测等优势,在环境介质成分直接在线监测方面具有极大的应用潜力。介绍了基于实验室搭建的LIPS装置开展的气溶胶中锶元素的直接探测工作。利用整体平均法对气溶胶等离子体进行光谱分析,结果显示实验装置对锶元素的检测限为809μg/m3。对于低密度气溶胶光谱,条件分析法可以将平均光谱的信噪比提升8倍。基于实验结果讨论了含锶气溶胶统计学特性和数据分析方法的影响。气溶胶中颗粒物的密度对等离子体温度的影响极小,光谱强度变化直接反应了激光激发气溶胶颗粒物的数量。通过对条件分析法使用范围的讨论,提出在测量周期内利用累计光谱取代平均光谱,可将系统的灵敏度提升近3个数量级。实验装置的检测限达到1.3μg/m3,初步满足工业排放监测的需求。     

微结构光学零件的大气等离子体数控加工

为了实现对微结构光学零件无表面损伤和亚表面损伤的高效加工,建立了大气等离子体数控加工系统.研究了该系统的平台设计、大气等离子体加工工艺特性及其数控加工过程.首先,根据大气等离子体加工的原理及要求介绍了该数控加工系统的组成.然后,以He/SF6/O2加工熔融石英为例,采用针状电极等离子体矩对系统加工工艺的可控性以及多参数工艺特性进行了探索,并根据工艺实验结果拟合出该加工条件下的去除函数.最后,介绍了整个大气等离子体数控加工的实现过程.实验结果表明:利用该系统可以在平面融石英材料上加工出幅值为150 nm、波长为6 mm的正弦网格结构,由此验证了该数控加工系统的可行性,实现了对复杂面型光学零件表面的确定性加工.     

等离子体吸收对飞秒激光烧蚀绝缘材料的影响

以自由电子运动的速率方程模型为基础,研究了飞秒脉冲激光对绝缘材料的烧蚀机理,考虑了等离子体对激光能量的吸收效应,建立了激光强度与电子数密度及等离子体吸收系数三者相互耦合的数学模型,计算出飞秒激光烧蚀绝缘材料时的烧蚀阈值,分析了考虑等离子体吸收效应对烧蚀阈值的影响,通过与不考虑等离子体吸收所得结果相比较说明该效应是影响烧蚀阈值的一个重要因素.     

蓝宝石加工工艺的研究

通过对蓝宝石磨削、研磨、抛光工艺中的设备、工具、辅料、清洗、环境等方面的改进,使蓝宝石成品的缺角不良品率由6%降至05%,表面质量明显提高,降低了加工成本、提高了生产效率。     

蓝宝石镜面加工工艺的改进

通过对蓝宝石镜面加工的设备、工具、辅料、清洗、环境等方面的改进,明显提高了宝石片加工质量、降低加工成本、提高生产效率。     

基于纳秒激光加工技术的表面织构工艺参数研究

研究了脉冲激光输出功率、扫描间距和扫描速度对材料表面性能的影响,使用扫描电子显微镜、表面能测量仪对材料表面形貌、润湿性及表面能进行测量表征。结果表明,在一定范围内,激光功率对材料的性能影响较大,但由于等离子屏蔽效应影响,高功率范围内材料性能随输出功率变化不大。扫描间距和扫描速度对材料的影响效果相似,过低的扫描间距和扫描速度会抑制表面织构的效果,影响表面润湿性和表面能,同时会诱发大量微裂纹;过高的扫描间距和速度会降低织构密度,减小材料的表面润湿性能。     

激光工艺参数对铝合金烧蚀特征尺寸的影响研究

相较于传统的人工标记、喷墨标记、电脑刻字标记等对产品进行唯一性标记的方式,激光标记具有速率快、加工精度高、热影响区小且经济实惠的特点,从而具有较大的实用价值。而在激光标记过程中,工艺参数选择不当容易造成标记不清晰,难以识别的问题。文中通过数值模拟与试验研究激光工艺参数与烧蚀特征尺寸之间的关系,结论如下：激光功率、激光频率及脉冲宽度与烧蚀深度、宽度成正比,然而激光功率、频率过大,会产生难以消除的多余物,在实际应用中推荐使用激光功率60 W、脉冲频率40 k Hz、脉冲宽度500 ns作为激光标记参数。     

试论蓝宝石镜面加工工艺及改进研究

对蓝宝石加工中需要用到了设备与工具和一些辅料进行喝了的改进后,再进行有效的磨削、研磨、抛光与清洗工艺的加工能够极大程度的提高蓝宝石的表面加工质量。这样不仅能够提高蓝宝石的表面加工质量,还能进一步的控制降低对蓝宝石加工成本。在下面中,本文作者将就蓝宝石镜面加工工艺进行讨论,发现其中存在的问题,对这些问题进行一定的分析,并给出适当的改进方法。     

锡青铜超疏水表面纳秒激光制备及润湿性转变机理研究

以锡青铜为基底,研究采用纳秒紫外激光代替飞秒激光制备金属超疏水表面的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面微观结构,并采用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和润湿性进行了表征,通过X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的样片表面化学元素含量及其随时间的演变,对润湿性转变的机理进行了解释。研究结果表明,采用纳秒紫外激光可以在锡青铜基底制备类似飞秒激光加工得到的金属超疏水表面;激光加工后的样片润湿性随时间变化,转变机理是激光加工过程中生成的CuO在磷元素的催化脱氧作用下生成了本征疏水的Cu2O;在紫外激光能量密度为5.61 J/cm2下,激光扫描速度100 mm/s时,所制备的表面具有微纳复合结构的表面接触角超过150°,滚动角小于10°。     

飞秒激光参数对硅表面微结构影响的研究

为了制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的黑硅材料,在SF6气体氛围中,用一定能量密度的飞秒脉冲激光照射单晶硅片表面。针对激光通量和激光峰值功率这两个参量分别进行实验,具体分析了15fs和130fs脉冲宽度的飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的形成,不同实验条件下制备出的硅微纳结构也有明显的差异。研究表明,在同一背景气体下,激光的峰值功率对硅表面微结构的形成起着决定性的作用。     

准分子激光加工参数对表面形貌影响的模糊分析

采用准分子激光微细加工方法 ,选用不同的工艺参数加工Al2 O3 陶瓷材料试件。通过表面轮廓仪测量并计算表面形貌统计参数。分析了激光加工工艺参数对表面形貌的影响 ,利用模糊分析方法 ,就激光器的放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面形貌轮廓均方根值Rq 的影响进行了评价。结果表明 ,Rq 值随激光器的放大器电压和激光脉冲频率的增大而增大 ,随激光扫描速度的增大而减小。分析得出 ,激光加工工艺参数对表面形貌的影响程度不同 ,由大到小依次为激光扫描速度、激光脉冲频率、放大器电压。因此 ,可以通过合理地选择工艺参数获得所需求的表面形貌 ,为表面微观形貌修饰提供了参考依据。     

飞秒激光制备不锈钢微纳结构工艺研究

开展了飞秒激光加工不锈钢的具体试验。通过设置不同工艺参数,研究单因素试验中不同变量对表面微结构各项指标的影响规律,并分析总结其形成机理;进一步设计正交试验,通过改变工艺参数获得形貌不同的矩阵阵列微结构,并对多因素下表面综合加工情况进行了研究,归纳各因素对微结构深度、宽度及粗糙度的影响规律;对结果进行极差分析,确定影响最大加工因素,得出设定参数内最优加工水平工艺。     

蓝宝石衬底研磨加工中研磨盘材质的影响

采用W14、W3.5的B4C磨粒对蓝宝石衬底进行粗研磨和精密研磨的试验研究.对比分析铸铁、合成铜和合成锡盘粗研磨蓝宝石衬底的表面粗糙度和研磨表面均匀性,试验结果表明,铸铁研磨盘获得的蓝宝石衬底宏观表面均匀性和平面度均优于合成铜盘和合成锡盘,经铸铁研磨盘加工后的蓝宝石衬底面型峰谷值误差小于5 μm、中心线平均表面粗糙度Ra<0.82 μm.精密研磨试验结果表明,采用合成铜盘和W3.5B4C磨粒有效地改善了蓝宝石衬底表面的均匀性,获得了Ra<20 nm、面型峰谷值误差小于1.6 μm的均匀表面,为蓝宝石的超精密研磨奠定了良好的基础.     

基于准分子激光的微结构与微器件加工制作研究

介绍了准分子激光微加工的机理,设计并研制了步进控制的二维微动扫描台,建立了一种基于准分子激光的微加工装置,通过计算机控制扫描路径,可实现点、线、面等基本微结构以及组合型微结构、微器件的加工制作。利用该准分子激光微加工装置,进行了微结构和微器件的加工实验,成功加工制作出齿轮形微结构和微型无芯薄膜变压器件。准分子激光微加工装置具有加工效率高、加工切口平整、可实现各种形状的微结构与微器件的加工等特点,可望在微机电系统（MEMS）及微纳米技术领域得到广泛应用。     

电介质破坏时飞秒激光-等离子体相互作用产生的辐射

飞秒和纳秒激光脉冲在透明介质中引起的光学破坏在材料体内产生了一个稠密的等离子电离区域。这个等离子区是伴随破坏过程的宽带辐射的原因。伴随光光谱的测量已经用来表明这点，由于对激光参数的依赖关系，这种光谱可能起源于等离子体产生的2次谐波、超连续波、或是等离子体的热辐射。通过观察等离子区域的辐射我们可以确定主要的破坏机理和损伤区域形态。[编者按]