一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法，该系统包括超精密运动平台、超声振动平台、超声波发生器、气体喷嘴及激光加工系统，刻蚀方法包括超声清洗、调节平台、激光对焦、刻蚀加工、二次清洗等步骤，本发明专利技术采用激光刻蚀的同时辅助以超声振动，从而让陶瓷刻蚀槽内的熔渣容易喷出，使激光得以对未加工的材料部分进行刻蚀，提高了刻蚀精度和加工质量。本发明专利技术将激光与超声两种加工方法相结合，充分发挥了两种加工方法的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷加工
，具体为一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法。
技术介绍
陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐化学腐蚀等优点，在越来越多的领域已替代金属材料，成为应用广泛的工程材料。但陶瓷的物化性质决定了它属于典型的硬、脆难加工材料，传统加工方法效率低，成本高，精度难以控制。激光加工属于高能束加工方法，与工件不接触，陶瓷材料易吸收激光，效率大大提高。激光加工技术已广泛用于陶瓷刻蚀、钻孔等加工。采用激光直接对陶瓷进行刻蚀加工具有以下缺陷：1、激光刻蚀易在材料表面及刻蚀槽内产生重铸层并产生微观裂纹。2、激光刻蚀时由激光高能量烧蚀形成的熔渣残留在材料表面及刻蚀槽内，影响加工质量。超声加工是陶瓷材料一种有效的加工方法，加工精度高，加工过程的受力与热影响较小，但单纯的超声加工效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法，将激光与超声两种加工方法相结合可充分发挥各自的优势并降低不利影响。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统，包括超精密平台、超声振动平台、超声波发生器、气体喷嘴、激光加工系统；所述的超精密平台可沿水平面移动；所述的超声振动平台固定于超精密平台上方，用于放置陶瓷工件；所述的超声波发生器设于超声振动平台内；激光加工系统包括激光器、反射镜、聚焦装置，聚焦镜位于聚焦装置内部；聚焦装置位于超声振动平台上方；聚焦装置侧边设有气体喷嘴。本专利技术还公开了上述系统的刻蚀方法，具体步骤如下：S1.超声清洗：将陶瓷工件表面研磨抛光，放置于有机溶剂中超声清洗15～30min；S2.调节平台、激光对焦：将超声振动平台固定于超精密平台上方，位于聚焦装置的聚焦镜下方，通过调整超精密平台及激光焦距，使激光对焦，找准加工位置；将陶瓷工件固定于超声振动平台上，根据刻蚀的路径布置多个超声波发生器，确保刻蚀的区域在超声振动范围内；S3.刻蚀加工：打开激光器，激光束经反射镜反射通过聚焦装置聚焦到陶瓷工件上，开启超声振动平台沿竖直方向振动，同时沿加工路径移动超精密平台，加工区域附近同时喷射辅助气体，完成单道刻蚀后，通过超精密平台将陶瓷工件沿原路径反复进行多道刻蚀；刻蚀完成后，关闭激光器；S4. 二次清洗：刻蚀完成后，取下陶瓷工件，再次置于有机溶剂中超声清洗15～30min，得到成品。步骤S1及步骤S4中的有机溶剂为乙醇或丙酮。步骤S3中超声振动平台沿竖直方向的振动频率为5～30 kHz，超精密平台沿加工路径移动的速度为0.5～2mm/s；激光束的工艺参数为波长1064 nm，脉冲宽度为4～200 ns，输出功率为5～20 W，重复频率为2～200 Hz；所述的辅助气体是空气、氧气、氩气、氮气中的一种或几种，喷射角度为10～80°，喷射压力为5～20 bar。采用上述技术方案后，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术将激光与超声两种加工方法相结合，提高了刻蚀精度和加工质量，充分发挥了两种方法的加工优势。2、通过超声振动使得陶瓷刻蚀槽内的熔渣容易喷出，使激光得以对未加工的材料部分进行刻蚀，可提高单道刻蚀可加工的深度，且提高了材料的清洁质量。3、刻蚀时同时喷射辅助气体可吹去熔渣，并降低材料温度，避免在加工区域附近产生重铸层与微观裂纹。附图说明图1本专利技术系统的结构示意图。图2为本专利技术方法的工艺流程图。主要组件符号说明：1：超精密平台，2：超声振动平台，3：超声波发生器，4：聚焦装置，5：聚焦镜， 6：激光器，7：激光束，8：反射镜，9：气体喷嘴，10：陶瓷工件。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，本专利技术公开了一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统，包括超精密平台1、超声振动平台2、超声波发生器3、气体喷嘴9及激光加工系统，激光加工系统包括：聚焦装置4、激光器6及反射镜8。超精密平台1放置于水平桌面上，可沿水平面移动。超声振动平台2固定于超精密平台1上方。超声波发生器3设于超声振动平台2内。超声波发生器3根据需要可设置多个。聚焦装置4位于超声振动平台2上方，聚集装置4内部安装有聚焦镜5。聚焦装置4侧边设有气体喷嘴9，气体喷嘴9与储气罐连接。聚焦装置4上方设有反射镜8及激光器6，反射镜8成一角度倾斜设置。激光器6发射的激光束7经反射镜8反射后进入聚焦装置4，激光束7经聚焦装置4投射到陶瓷工件10上进行刻蚀。如图2所示，本专利技术还公开了运用上述超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统进行陶瓷刻蚀的方法，具体步骤如下，S1.超声清洗：将陶瓷工件10表面研磨抛光，放置于有机溶剂（乙醇或丙酮）中超声清洗15～30min。S2.调节平台、激光对焦：将超声振动平台2固定于超精密平台1上方，位于聚焦装置4的聚焦镜5下方，通过调整超精密平台1及激光焦距，使激光对焦，找准加工位置。将陶瓷工件10固定于超声振动平台2上，根据刻蚀的路径布置多个超声波发生器3，确保刻蚀的区域在超声振动范围内。S3.刻蚀加工：打开激光器6，调整反射镜8的角度，使激光束7经反射镜8反射后刚好通过聚焦装置4聚焦到陶瓷工件10上。激光束7的工艺参数为波长1064 nm，脉冲宽度为4～200 ns，输出功率为5～20 W，重复频率为2～200 Hz。开启超声振动平台2沿竖直方向振动，设置沿竖直方向的振动频率为5～30 kHz，超精密平台1沿加工路径移动的速度为0.5～2mm/s。同时沿加工路径移动超精密平台1，加工区域附近的气体喷嘴9同时喷射辅助气体，辅助气体可以是空气、氧气、氩气、氮气中的一种或几种。辅助气体的喷射角度为10～80°，喷射压力为5～20 bar。完成单道刻蚀后，判定是否达到刻蚀深度，若未达到刻蚀深度则通过超精密平台1将陶瓷工件10沿原路径反复进行多道刻蚀，直到达到刻蚀深度后刻蚀完成，关闭激光器6。S4. 二次清洗：刻蚀完成后，取下陶瓷工作10，再次置于有机溶剂（乙醇或丙酮）中超声清洗15～30min，得到成品。综上，本专利技术将激光与超声两种加工方法相结合，克服了单一加工方法的缺陷，根据相关实验论证，得到工艺参数，使加工的过程稳定，得到的产品的成品率高，质量好。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统，其特征在于：包括超精密平台、超声振动平台、超声波发生器、气体喷嘴、激光加工系统；所述的超精密平台可沿水平面移动；所述的超声振动平台固定于超精密平台上方，用于放置陶瓷工件；所述的超声波发生器设于超声振动平台内；激光加工系统包括激光器、反射镜、聚焦装置，聚焦镜位于聚焦装置内部；聚焦装置位于超声振动平台上方；聚焦装置侧边设有气体喷嘴。

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统，其特征在于：包括超精密平台、超声振动平台、超声波发生器、气体喷嘴、激光加工系统；所述的超精密平台可沿水平面移动；所述的超声振动平台固定于超精密平台上方，用于放置陶瓷工件；所述的超声波发生器设于超声振动平台内；激光加工系统包括激光器、反射镜、聚焦装置，聚焦镜位于聚焦装置内部；聚焦装置位于超声振动平台上方；聚焦装置侧边设有气体喷嘴。2.一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀方法，其特征在于：将陶瓷工件在权利要求1所述的系统上进行刻蚀，具体步骤如下，S1.超声清洗：将陶瓷工件表面研磨抛光，放置于有机溶剂中超声清洗15～30min；S2.调节平台、激光对焦：将超声振动平台固定于超精密平台上方，位于聚焦装置的聚焦镜下方，通过调整超精密平台及激光焦距，使激光对焦，找准加工位置；将陶瓷工件固定于超声振动平台上，根据刻蚀的路径布置多个超声波发生器，确保刻蚀的区域在超声振动范围内；S3.刻蚀加工：打开激光器，激光束经反射镜反射通过聚焦装置聚焦到陶瓷工件上，开启超声振动平台沿竖直方向振动，同时沿加工路径移动超精密平台，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成勇，王宏建，林华泰，郑李娟，胡小月，伍尚华，王启民，郭伟明，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44