[发明专利]一种超快激光组合脉冲序列的阵列微纳结构加工方法

说明书

本发明提供一种超快激光组合脉冲序列的阵列微纳结构加工方法，包括以下步骤：将工件表面研磨抛光并清洗、干燥后，固定于超精密平台上；由工业控制计算机通过激光控制器启动激光发生器发射激光束至工件表面完成激光对焦后，调整超精密平台确定工件加工区域；加工时，通过激光控制器选择飞秒激光器或皮秒激光器发射激光束，经光路切换模块实现超快激光脉冲自由组合，根据所需的微纳结构进行加工；加工完成后，将工件取下，经清洗、干燥后即得到成品。本发明提供了材料微纳加工中激光加工工艺新的组合方式，可根据加工需求选择飞秒激光或皮秒激光，并通过光路切换的方式对超快激光脉冲序列进行灵活组合，有效提高微纳结构的加工效率与质量。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种超快激光组合脉冲序列的阵列微纳结构加工方法。

背景技术

材料表面的微纳结构可使材料在发挥固有性能的同时，具有常规表面不具备的特性，如疏水性、减摩性、抗菌性等，已广泛应用于功能零部件的制造。微纳结构对材料表面性能的影响很大，可通过化学刻蚀、气相沉积、激光加工等方法制备。陶瓷因其良好的力学及物化性能，是微纳结构加工的重要研究领域。作为典型的硬脆材料，具有非接触、无工具磨损、高效率且易在线控制工艺参数的激光加工方法优势明显，对于具有高重复性的阵列微纳结构加工，更是其它方法难以比拟的。专利CN201310141035.2公开了一种基于飞秒激光处理和湿法刻蚀的硅微结构加工方法，通过飞秒激光在含氧气体中加工单晶硅诱导材料发生折射率变化，再用氢氟酸湿法刻蚀去除折射率变化区域以形成微结构。该方法虽然比采用掩模的方式简单，但需要经过激光加工及湿法刻蚀两个步骤，降低了加工效率，且材料折射率变化的区域较难控制，由此湿法刻蚀形成的微结构精确度较差。专利CN201210491845.6公开了一种基于激光加热的塑料件微结构成形方法和装置，通过激光的热效应作用精确控制工艺参数以使材料基体表面快速熔化，再经挤压成型装置获得微结构的成型加工。该方法涉及的材料十分有限，无法应用于工业领域中广泛使用的硬脆材料微结构加工。专利CN201710470109.5公开了铝合金表面超疏水微结构的纳秒激光二次扫描制备方法，通过改变纳秒激光的工艺参数进行多次扫描以制备超疏水微结构，但纳秒激光的热效应极易引起材料烧蚀，进而严重影响微结构的制备效果。超快激光因具有极高的峰值功率及极短的脉宽，其“冷加工”特性具有更好的加工效果。因此，十分有必要将超快激光的加工优势应用于硬脆材料领域，并提出表面阵列微纳结构加工的新方法。

目前现有技术中主要存在的技术问题为：1、微纳结构加工时工序多，每项工艺之间无法连续，影响加工效率。2、现有的加工方法在硬脆材料微纳结构加工领域应用受限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种超快激光组合脉冲序列的阵列微纳结构加工方法，本发明提供了材料微纳加工中激光加工工艺新的组合方式，可根据加工需求选择飞秒激光或皮秒激光，并通过光路切换的方式对超快激光脉冲序列进行灵活组合，有效提高微纳结构的加工效率与质量。

本发明的技术方案为：一种超快激光组合脉冲序列的阵列微纳结构加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将所需加工的工件表面进行研磨抛光处理，经有机溶剂超声清洗并干燥后，固定于超精密平台上；

S2.由工业控制计算机通过激光控制器启动激光发生器发射激光束至工件表面完成激光对焦后，关闭激光发生器，并调整超精密平台确定工件的加工区域；

S3.工件加工时，由工业控制计算机开启激光控制器，激光控制器可选择激光发生器中的飞秒激光器或皮秒激光器发射激光束，经光路切换模块在加工过程反复切换以实现超快激光脉冲的自由组合，再经聚焦模块入射至工件表面，根据所需求的微纳结构进行加工，同时喷射辅助气体；其中，激光加工工艺参数可通过工业控制计算机在线调整；

S4.加工完成后，将工件取下，经有机溶剂超声清洗并干燥后即得到成品。