一种激光精密模压制备薄膜的方法、模压装置及脱模装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光精密模压制备薄膜的方法、模压装置及脱模装置，目的在于解决目前采用精密模压制备薄膜型零件时，当零件尺寸变薄，材料本身的机械强度变小，零件与模具间的界面结合力以及摩擦力将起主要作用，导致薄膜型零件脱模困难的问题。该方法如下步骤：样品安装、预变形、加热模压、防开裂退火、脱模。本发明专利技术属于“等量变形”方法，产生的废物少，对环境造成的危害很小，且加工速度快、效率高，时间短，能够满足工业化大规模批量生产的需要，具有较好的应用前景。本发明专利技术能制备出厚度达1微米的金属薄膜，且薄膜致密、表面粗糙度小、平行度及平面度优，成品率高。

【技术实现步骤摘要】
一种激光精密模压制备薄膜的方法、模压装置及脱模装置
本专利技术涉及薄膜制备领域，具体为一种激光精密模压制备薄膜的方法、模压装置及脱模装置。本专利技术通过激光加热在玻璃基底上模压金属薄膜，并通过脉冲激光热冲击脱模。采用本专利技术能够制备出直径超过5毫米，厚度薄至1微米的金属薄膜，且薄膜致密，表面粗糙度小。
技术介绍
薄膜型的金属器件在研究与生产中，具有重要的应用。在材料高压状态方程(EOS)研究中，制备具有材料体密度的金属薄膜对于研究材料的高压冲击波稳定性、冲击波绝热线以及状态方程的绝对测量至关重要。该类型的薄膜一般要求几个微米至数十微米厚，密度达到体材料的密度，且平行度、平面度以及表面粗糙度非常高。目前，虽然可采用气相沉积、切削、磨削、轧制等多种方法制备薄膜，但对于上述要求的薄膜，这些方法均存在一定的问题。比如，气相沉积薄膜的密度与体密度相差较大；单点金刚石切削可以加工出满足厚度、平行度、平面度以及粗糙度要求的薄膜，但机械切削造会成薄膜表面存在应力，薄膜从夹具上剥离后，将发生卷曲，影响后续应用；磨削方法会产生大量的磨屑，且工作效率低，成品率不高，若薄膜材料为有毒金属，还将对环境造成危害；轧制法虽然可以获得微米级厚度的薄膜，但是表面粗糙度较大，对于延展性差的金属，轧制困难，对于较软的金属，容易粘黏轧辊。精密模压技术是近年来发展起来的成型加工技术([1]马韬，余景池，王钦华.小口径薄型玻璃透镜精密模压制造.红外与激光工程.2011，40(1):87-90.[2]曾召.硫系红外玻璃的微晶化及精密模压成型.西安工业大学，硕士.2011.[3]YiAY,JainA.Compressionmoldingofasphericalglasslenses—acombinedexperimentalandnumericalanalysis[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,2005,88(3):579-586.[4]FirestoneG,YiAY.Precisioncompressionmoldingofglassmicrolensesandmicrolensarrays—anexperimentalstudy[J].AppliedOptics,2005,44(29):6115-6122.)。与切削、磨削等技术相比，精密模压是一种等量成型技术，即材料总量在成型前后不变。对于放射性金属以及有毒金属，其能大大减少对环境所造成的危害。然而，采用精密模压制备薄膜型零件时，其也面临一个很大的问题：当零件尺寸变薄时，材料本身的机械强度变小，零件与模具间的界面结合力以及摩擦力将起主要作用，这导致薄膜型零件脱模困难。薄膜型零件脱模成为精密模压的一个主要难点，严重制约了薄膜型零件的应用。因此，迫切需要一种新的方法和/或装置，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对目前采用精密模压制备薄膜型零件时，当零件尺寸变薄，材料本身的机械强度变小，零件与模具间的界面结合力以及摩擦力将起主要作用，导致薄膜型零件脱模困难的问题，提供一种激光精密模压制备薄膜的方法、模压装置及脱模装置。本专利技术属于“等量变形”方法，产生的废物少，对环境造成的危害很小，且加工速度快、效率高，时间短，能够满足工业化大规模批量生产的需要，具有较好的应用前景。本专利技术能制备出厚度达1微米的金属薄膜，且薄膜致密、表面粗糙度小、平行度及平面度优，成品率高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种激光精密模压制备薄膜的方法，包括如下步骤：（1）样品安装分别取模压模具、模压金属原料，将模压金属原料放入模压模具内；（2）预变形对步骤1中的模压模具加压，使模压模具内的模压金属原料预变形；（3）加热模压保持压力，并采用连续激光加热模压金属原料至250~300℃，加压至待模压金属屈服强度的2~3倍压强，保持温度和压力2~10min；（4）防开裂退火待步骤3完成后，保持压力，并使激光停止加热，待模压模具降温至模压金属原料的退火温度后，调节压力至待模压金属屈服强度的1~2倍压强，再次采用连续激光加热模压模具内的金属材料，使金属材料的温度保持在模压金属原料的退火温度，保温保压10~120min；（5）脱模待模压模具、模压模具内的薄膜冷却后，缓慢将模压模具分离，薄膜粘附于模压模具的一侧模具，将粘附有薄膜的一侧模具记为第一模具，采用纳秒脉冲激光穿过第一模具，并辐照薄膜边缘，薄膜瞬时被加热，产生冲击波，在冲击波作用下，受冲击的薄膜边缘部分卷曲，待薄膜边缘部分卷曲后停止纳秒脉冲激光加热，夹持薄膜边缘卷曲部分，将薄膜从第一模具上剥离即可，即得薄膜。所述步骤2中，对步骤1中的模压模具加压，压强为待模压金属屈服强度的0.2~0.6倍压强。所述模压模具采用蓝宝石材料制备而成。所述模压模具包括上模具、下模具，所述上模具、下模具中的一个上设置有环状金属遮挡薄膜，环状金属遮挡薄膜环中心区域形成模压薄膜区域；所述步骤1中，将模压金属原料置于模压薄膜区域内。所述环状金属遮挡薄膜为环状TiN/Ti薄膜，遮挡薄膜厚度与所需求的模压薄膜厚度相同。遮挡膜可以控制模压薄膜的厚度，并且使模压薄膜具有较高的平行度。所述环状金属遮挡薄膜通过磁控溅射镀膜机制备而成。所述上模具、下模具分别呈圆柱形，所述上模具、下模具的两面抛光。所述上模具、下模具的表面质量优于60/40。所述步骤1中，根据所需制备薄膜的厚度、面积，计算所需模压金属原料的质量，称取相应质量的模压金属原料，并放入模压模具内。所述步骤5中，待模压模具、模压模具内的薄膜冷却后，保持模压模具竖直方向0.2×106~1.5×106Pa压强，水平缓慢将模压模具分离；采用纳秒脉冲激光穿过第一模具，纳秒脉冲激光的功率密度为100~500mJ/cm2。将薄膜从第一模具上剥离后，施加压力将薄膜压平即可，即得薄膜。用于前述方法的模压装置，包括连续激光器、与连续激光器相连的激光传输光纤、用于放置模压金属原料的模压模具、加压机，所述连续激光器能通过激光传输光纤对模压模具内的模压金属原料进行加热，所述加压机能对模压模具加压。还包括设置在模压模具外侧的反射桶，所述反射桶能反射穿过模压模具的激光。还包括能对模压金属原料进行测定的温度测定装置。所述温度测定装置为红外测温仪。还包括设置在加压机上的隔热垫片，所述隔热垫片分别位于模压模具的上、下两侧。还包括弹簧、压缩标尺，所述弹簧位于模压模具与加压机之间，所述压缩标尺能测定弹簧的压缩量。所述模压模具包括上模具、下模具，所述上模具、下模具中的一个上设置有环状金属遮挡薄膜，环状金属遮挡薄膜圆环中心区域形成用于放置模压金属原料的模压薄膜区域。所述反射桶为上下开口金属桶形结构。所述加压机的行程为50~100mm。所述连续激光器为半导体激光器。所述连续激光器的激光功率为0~200W。用于前述方法的脱模装置，包括脉冲激光装置、用于放置第一模具的平移台、用于控制平移台的平移控制器、反射镜、聚焦镜；所述脉冲激光装置产生的纳秒脉冲激光能依次经反射镜、聚焦镜后，对放置在平移台上的第一模具进行辐照，使第一模具上的薄膜发生弯曲。所述脉冲激光装置为纳秒级准分子激光器或者调QYAG激光器。针对前述问题，本专利技术提供一种激光精密模压制备薄膜的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光精密模压制备薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）样品安装分别取模压模具、模压金属原料，将模压金属原料放入模压模具内；（2）预变形对步骤1中的模压模具加压，使模压模具内的模压金属原料预变形；（3）加热模压保持压力，并采用连续激光加热模压金属原料至250~300℃，加压至待模压金属屈服强度的2~3倍压强，保持温度和压力2~10min；（4）防开裂退火待步骤3完成后，保持压力，并使激光停止加热，待模压模具降温至模压金属原料的退火温度后，调节压力至待模压金属屈服强度的1~2倍压强，再次采用连续激光加热模压模具内的金属材料，使金属材料的温度保持在模压金属原料的退火温度，保温保压10~120min；（5）脱模待模压模具、模压模具内的薄膜冷却后，缓慢将模压模具分离，薄膜粘附于模压模具的一侧模具，将粘附有薄膜的一侧模具记为第一模具，采用纳秒脉冲激光穿过第一模具，并辐照薄膜边缘，薄膜瞬时被加热，产生冲击波，在冲击波作用下，受冲击的薄膜边缘部分卷曲，待薄膜边缘部分卷曲后停止纳秒脉冲激光加热，夹持薄膜边缘卷曲部分，将薄膜从第一模具上剥离即可，即得薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种激光精密模压制备薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）样品安装分别取模压模具、模压金属原料，将模压金属原料放入模压模具内；（2）预变形对步骤（1）中的模压模具加压，使模压模具内的模压金属原料预变形；（3）加热模压保持压力，并采用连续激光加热模压金属原料至250~300℃，加压至待模压金属屈服强度的2~3倍压强，保持温度和压力2~10min；（4）防开裂退火待步骤（3）完成后，保持压力，并使激光停止加热，待模压模具降温至模压金属原料的退火温度后，调节压力至待模压金属屈服强度的1~2倍压强，再次采用连续激光加热模压模具内的金属材料，使金属材料的温度保持在模压金属原料的退火温度，保温保压10~120min；（5）脱模待模压模具、模压模具内的薄膜冷却后，缓慢将模压模具分离，薄膜粘附于模压模具的一侧模具，将粘附有薄膜的一侧模具记为第一模具，采用纳秒脉冲激光穿过第一模具，并辐照薄膜边缘，薄膜瞬时被加热，产生冲击波，在冲击波作用下，受冲击的薄膜边缘部分卷曲，待薄膜边缘部分卷曲后停止纳秒脉冲激光加热，夹持薄膜边缘卷曲部分，将薄膜从第一模具上剥离即可，即得薄膜。2.根据权利要求1所述激光精密模压制备薄膜的方法，其特征在于，所述模压模具包括上模具、下模具，所述上模具、下模具中的一个上设置有环状金属遮挡薄膜，环状金属遮挡薄膜环中心区域形成模压薄膜区域；所述步骤（1）中，将模压金属原料置于模压薄膜区域内。3.根据权利要求2所述激光精密模压制备薄膜的方法，其特征在于，所述环状金属遮挡薄膜为环状TiN/Ti薄膜，遮挡薄膜厚度与所需求的模压薄膜厚度相同。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永彬，陈志磊，刘柯钊，胡殷，廖益传，吕学超，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51