專利名稱：脈沖激光脆性材料微加工方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及ー種脈沖激光脆性材料微加工方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光直刻エ藝具有分辨率高、不需要特制掩模就能實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移等優(yōu)點，因而在刻蝕加工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但是對于如硅、神化鎵、玻璃等脆性材料，目前的激光刻蝕エ藝微孔或細線的深寬比一般只能達到I左右，普通電化學刻蝕此值更小。脆性材料大深寬比的刻蝕加工尚在研究中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種脈沖激光脆性材料微加工方法，用高能量脈沖激光對水中的脆性材料進行微加工，微孔的深寬比超過1，甚至可達3。本發(fā)明的另一目的在于提供ー種脈沖激光脆性材料微加工系統(tǒng)，包括激光控制單元、脈沖激光器、工作臺、容器，エ件置于水中加工?，F(xiàn)有研究說明，高能量短脈沖激光對水中的エ件加工吋，其カ效應(yīng)對エ件材料的去除主要是局部沖擊作用。在超聲加工エ藝中，超聲產(chǎn)生的沖擊カ對エ件的沖擊在方式和效果上都類似于壓痕硬度實驗中壓頭作用于脆性材料。超聲波加工中的材料去除是靠極小磨料局部、瞬時的撞擊作用。脈沖激光對水中的脆性材料エ件的部分材料去除的力效應(yīng)與之相類似。首先基于脆性材料在載荷作用下的斷裂機理，可建立水中高能量脈沖激光加工時力效應(yīng)對脆性材料的去除率模型。材料去除率模型的建立如下裂紋的深度為Ch，Ch= I 3 (F/H)1/2(I)單個沖擊カ在一次撞擊エ件中所去除掉的材料體積為
權(quán)利要求
1.脈沖激光脆性材料加工方法，激光聚焦于處在水中的脆性材料工件表面進行微加工，所述激光脈沖頻率大于或等于2Hz的脈沖激光，所述脈沖激光功率密度為GW/cm2量級，所述水為蒸餾水，所述脆性材料為硅、或砷化鎵、或玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光脆性材料加工方法，其特征在于 所述脈沖激光脈寬為20 50ns。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光脆性材料加工方法，其特征在于 所述脈沖激光的脈沖頻率為20Hz IOOHz。
4.脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，包括激光控制單元(I)、脈沖激光器(2)、反射鏡(3)、聚焦透鏡(4 )和工作臺(7 )，激光控制單元(I)連接控制脈沖激光器(2 )，脈沖激光器(2 )輸出的激光束經(jīng)反射鏡(3)、聚焦透鏡(4)將激光聚焦于工件(6)表面；其特征在于 還包括盛放水的容器(5 )，容器(5 )固定于工作臺(7 )上，工件(6 )浸在容器(5 )內(nèi)的水中、固定于容器底部(5);所述脈沖激光器(2)發(fā)出的脈沖激光頻率大于或等于2Hz，功率密度為GW/cm2量級；所述工件(6)為硅、或砷化鎵、或玻璃的脆性材料工件，所述水為蒸餾水，所述工作臺(7)為可在X軸和Y軸平動的工作臺。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，其特征在于 所述工件(6)表面與容器(5)內(nèi)水面距離為2 4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，其特征在于 所述脈沖激光脈寬為20 50ns。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，其特征在于 還配有微量泵(13)和水池(12)，微量泵(13)進水口接入水池(12)，出水口接入容器(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，其特征在于 另有一根回流管(11)，一端接于水池(12)，另一端接入容器(5)，回流管(11)在容器(5)的管口高度為容器(5)的最高水位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，其特征在于 所述回流管(11)接入水池(12)的管口有過濾器。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖激光脆性材料加工系統(tǒng)，其特征在于 計算機(10)連接控制的X軸伺服電機(9)和Y軸伺服電機(8)、驅(qū)動工作臺(7)進行二維平動。
全文摘要
本發(fā)明為脈沖激光脆性材料微加工方法及系統(tǒng)，本方法為脈沖激光聚焦于處在水中的脆性材料工件表面進行微加工，激光脈沖頻率大于2Hz，功率密度為GW/cm2量級，脈寬為20～50ns。脆性材料為硅、砷化鎵、玻璃。本系統(tǒng)激光控制單元控制的脈沖激光器輸出的激光束經(jīng)反射鏡、聚焦透鏡聚焦于容器內(nèi)水中的工件表面；容器固定于可二維平動的工作臺上，脈沖激光頻率大于2Hz，功率密度為GW/cm2量級。微量泵進水口接入水池，出水口接入容器。計算機連接控制的X軸和Y軸伺服電機驅(qū)動工作臺進行二維平動。本發(fā)明提供了水中脈沖激光對脆性材料進行大深寬比微加工的新方法和系統(tǒng)，深寬比可達3。
文檔編號B28D5/00GK103008882SQ20121053483
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者龍芋宏, 廖友軍, 余金偉, 江威 申請人:桂林電子科技大學, 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學院