[发明专利]一种利用皮秒激光器修复复杂结构氧化铝陶瓷型芯的方法

说明书

一种利用皮秒激光器修复复杂结构氧化铝陶瓷型芯的方法，先搭建光路，光路包括皮秒激光器，皮秒激光器输出激光经过偏振片改变激光束的偏振方向，再经过扩束镜对其进行扩束，扩束光依次经过分光棱镜、小孔光阑进入振镜，振镜将光线照射在移动载物台的加工工位上；然后将氧化铝陶瓷型芯固定到工作台上，计算机控制振镜进而控制激光的运动速度和轨迹，通过小孔光阑调节通光孔大小，得到透过振镜的烧蚀光斑半径为30‑50μm；再利用计算机调节皮秒激光器，控制振镜的扫描路径，实现定位；最后利用计算机调节皮秒激光器输出激光，同时控制振镜进而控制激光的运动速度和轨迹，照射在氧化铝陶瓷型芯上，扫描完成，即得到切割质量良好的氧化铝陶瓷型芯。

技术领域

本发明属于激光微细加工技术领域，特别涉及一种利用皮秒激光器修复复杂结构氧化铝陶瓷型芯的方法。

背景技术

陶瓷属于典型的硬脆难加工材料，而带有曲率的复杂结构的氧化铝陶瓷型芯更进一步增加了其加工大难度，至今仍为加工行业的难题。目前带有曲率的氧化铝陶瓷型芯的修复仍停留在人们手工修复的阶段，不仅存在劳动强度大，效率低的缺点，而且修复后的型芯裂纹明显，支撑筋断裂，小孔框直线度差，存在较大凸起的缺陷。皮秒激光以其良好的“冷加工”的特点，为研究解决这一难题的方法提供了良好的途径。目前利用皮秒激光机加工氧化铝陶瓷的研究相对较少，最新的研究为江苏大学的卢海强利用皮秒激光器波长为1064nm的参数，对95％的氧化铝平板进行了阈值的试验与计算，在平板上进行了打孔，其加工的微孔存在粗糙度大，入口处有熔融层，锥度较大的缺点(卢海强.工程陶瓷的热力效应微细加工技术研究[D].江苏大学,2017.)。华中科技大学的周翔也利用皮秒激光器的为1064nm的参数在28mmX21mmX0.6mm的96％氧化铝薄平板上，也仅进行了打孔的研究(周翔.皮秒激光加工脆性材料工艺与机理研究[D].华中科技大学,2017.)。仅仅打孔已经远远不能满足复杂陶瓷型芯加工的需求。目前，利用波长为532nm的皮秒激光器加工带有曲率复杂结构的氧化铝陶瓷型芯的研究目前仍尚未见报道，这也就存在了532nm波长皮秒激光器的良好加工能力的潜力未被发掘的问题。

综上所述，人工修复带有曲率的复杂结构的氧化铝陶瓷型芯的存在劳动强度大，工作效率低，且修复品缺陷较多的问题。此外，皮秒激光器加工氧化铝陶瓷的研究较少，目前仅限于1064nm波长的激光器加工研究，且加工质量有待进一步提升。而皮秒激光器532nm波长光却未被很好的利用，532nm波长巨大的潜能尚未被挖掘。目前，急缺一种利用532nm波长的皮秒激光器修复复杂结构氧化铝陶瓷型芯的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用皮秒激光器修复氧化铝陶瓷型芯的方法，加工的陶瓷型芯，具有结构清晰，无裂纹，基本无挂渣的，切割质量良好，光洁度高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用皮秒激光器修复复杂结构氧化铝陶瓷型芯的方法，包括以下步骤：

1)搭建光路，光路包括皮秒激光器1，皮秒激光器1输出激光经过偏振片2改变激光束的偏振方向，再经过扩束镜3对其进行扩束，扩束光依次经过分光棱镜4、小孔光阑5进入振镜8，振镜8将光线照射在移动载物台9的加工工位上，皮秒激光器1、振镜8和计算机11连接；

2)将氧化铝陶瓷型芯固定到工作台9-3上，工作台9-3置于由x、y调节结构9-2和Z轴可升降结构9-1构成的移动载物台9上，工作台9-3上边用来固定氧化铝陶瓷型芯，氧化铝陶瓷型芯周围介质为空气，其正对的工作台9-3下边设置有光束收集器9-3-1；

3)利用偏振片2、分光棱镜4和功率计10组合检测激光功率，同时计算机11控制振镜8进而控制激光的运动速度和轨迹，通过小孔光阑5调节通光孔大小，得到透过振镜8的烧蚀光斑半径为30-50μm；

4)利用计算机11调节皮秒激光器1输出激光波长为532nm，重频为1KHz，脉宽为10ps，使激光功率为2-10mW；