本发明专利技术公开了复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置及方法，加工装置包括激光器、透镜组件和工作台装置；工作台装置包括安装工作台、磁场辅助装置、振动工作台、驱动器和金属靶材；通过振动工作台带动透明工件一维振动，驱动器带动金属靶材绕自身轴线转动，透明工件和金属靶材上下平隔布置；激光器产生的激光束经透镜组件、透明工件聚焦在金属靶材偏心位置且与金属靶材发生相互作用，通过相互作用产生的等离子体向透明工件背面转移以刻蚀加工透明工件，等离子体受磁场辅助装置产生的磁场、透明工件的一维振动和金属靶材的转动的作用。它具有如下优点：能加工透明硬脆材料且达微纳米高精密加工需求。米高精密加工需求。米高精密加工需求。
【技术实现步骤摘要】
复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置及方法
[0001]本专利技术涉及精密加工方法
，尤其涉及复合能量场辅助激光诱导等离子体加工透明硬脆材料的装置及方法。
技术介绍
[0002]透明硬脆材料往往具有高硬度、大脆性、低断裂韧性等特性，一方面，材料的弹性极限和强度非常接近，属于难加工材料，加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷，另一方面，透明硬脆材料导热性差，热影响区的温度梯度高，在加工过程中容易产生热裂纹。由于工业领域对一些高精密零部件往往具有较高的尺寸与形状精度需求，采用传统的透明硬脆材料加工方法，如切割、研磨和抛光都会在工件表面产生裂纹和凹坑，而且加工精度和效率较低，远不能满足材料高精密加工的需求。
[0003]随着激光器的不断发展，超短脉冲激光的生成技术愈发成熟，其可实现超细微加工(亚微米至纳米量级)，可实现透明材料内部精密的三维加工，且热影响小，加工材料范围广，通过超短脉冲激光加工的微结构加工质量同长脉冲激光对比有很大程度的提升，但是其加工成本昂贵。
[0004]聚焦离子束加工技术曾因为其高分辨率加工特点，被看成最有潜力微纳加工手段，但是其单点加工方式低下的加工效率严重阻碍了发展，而且加工过程中需要真空环境，成本较高，加工表面质量有限，工艺昂贵，耗时多，所以其在现阶段都没有作为微纳加工手段而得到工业上的广泛运用。
[0005]激光诱导等离子体加工技术作为一种低损伤的微纳加工技术，具有更高精度、更快加工速度、更好表面完整性、更小暗损伤、更低表面粗糙度、更小热影响区，在微纳制造领域应用前景巨大，被证明是一种新型可靠的透明硬脆材料加工工艺。激光诱导等离子体表面加工工艺对于光学元器件领域以及半导体领域是必不可少的，不仅可以用来实现材料的表面改性，而且可以用来加工出其他传统加工方法无法实现的表面微结构的加工，具备较高的加工效率和较好的加工表面质量，如：
[0006]CN201110120841.2的一种激光诱导等离子体注入基材的方法及装置，它公开了一种通过分离高能脉冲激光诱导的等离子体中的金属离子注入基材表层的方法和装置，可以有效的实现金属离子注入，但是加工过程中需要真空环境以及复杂的工件系统，加工成本较高，且不易实现材料去除加工。
[0007]CN201710850262.0的一种激光诱导等离子体加工非金属材料的装置和方法，它公开了一种透明非金属材料的加工方法，可以有效的获得相对高的非金属材料加工表面质量，但是提出的该方法只能用于微槽以及微通道加工，不能实现对特殊零件的仿形加工，且该方法加工效率较低，加工硬脆材料时不易去除硬脆材料变质层与重铸层。
技术实现思路
[0008]本专利技术提供了复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置及方法，其克服了背景
技术中所存在的不足。
[0009]本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置，用于加工透明工件(11)，加工装置包括激光器(2)、透镜组件和工作台装置(6)；该工作台装置(6)包括安装工作台(16)、设于安装工作台(16)的磁场辅助装置、设于磁场辅助装置的振动工作台(21)、设于磁场辅助装置的驱动器(13)和金属靶材(12)；该透明工件(11)装接在振动工作台(21)且通过振动工作台(21)带动透明工件(11)一维振动，该金属靶材(12)装接在驱动器(13)且驱动器(13)带动金属靶材(12)绕自身轴线转动，该透明工件(11)和金属靶材(12)上下平隔布置，该透明工件(11)和金属靶材(12)都处于磁场辅助装置产生的磁场内；该激光器(2)产生的激光束(3)经透镜组件、透明工件(11)聚焦在绕自身轴线转动之金属靶材(12)偏心位置且与金属靶材(12)发生相互作用，通过相互作用产生的等离子体向透明工件(11)背面转移以刻蚀加工透明工件(11)，该等离子体受磁场辅助装置产生的磁场、透明工件(11)的一维振动和金属靶材(12)的转动的作用。
[0010]一实施例之中：还包括电脑控制系统(1)，该电脑控制系统(1)连接激光器(2)、驱动器(13)和磁场辅助装置。
[0011]一实施例之中：该透镜组件包括扫描振镜(4)和聚焦透镜(5)，该激光器(2)发出的激光束(3)经扫描振镜(4)和聚焦透镜(5)再至透明工件(11)。
[0012]一实施例之中：该安装工作台(16)为可升降工作台，该振动工作台(21)设可升降夹具(10)，该透明工件(11)装接在可升降夹具(10)；该驱动器(13)包括步进电机装置，该金属靶材(12)结构呈圆盘状。
[0013]一实施例之中：该步进电机装置包括步进电机和放置板(18)，该步进电机具有步进电机壳体(20)、盖接步进电机壳体(20)的步进电机防护盖板(19)和步进电机传动轴(17)，该放置板(18)置放在步进电机防护盖板(19)之上，该步进电机传动轴(17)穿过步进电机防护盖板(19)且和放置板(18)固装在一起，该金属靶材(12)置放在放置板(18)之上。
[0014]一实施例之中：该透明工件(11)和金属靶材(12)上下间隔的间距为0.05
‑
0.5mm；该振动工作台(21)采用超声振动，且超声振动频率为25—35kHz，超声振动振幅为1—12μm。
[0015]一实施例之中：该金属靶材(12)材质由高原子序数的元素组成。
[0016]一实施例之中：该磁场辅助装置包括电磁铁装置，该电磁铁装置设在安装工作台(16)上，该电磁铁装置包括一磁轭(9)、两线圈(15)和两极头(14)，该磁轭(9)呈U形结构且具有一中间部和两分别固接在中间部两端的开口部，该两线圈(15)分别装接在该两开口部相面对面上，该两极头(14)分别装接在该两线圈(15)上，该线圈(15)接电使极头(14)中心区域产生磁场，该透明工件(11)与金属靶材(12)位于中间部上及两开口部之中间位置，且透明工件(11)与金属靶材(12)之间隙始终处于磁场内，使透明工件(11)受定向磁场作用。
[0017]本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：复合能量场辅助激光诱导等离子体加工方法，包括：
[0018]将透明工件(11)安装在夹具(6)，将金属靶材(12)安装在驱动器(13)；
[0019]激光器(2)发出激光束(3)，驱动器(13)带动金属靶材(12)绕自身轴线转动，振动工作台(21)带动透明工件(11)进行纵向一维振动，磁场辅助装置接电产生磁场，激光器(2)产生的激光束(3)经透镜组件、透明工件(11)聚焦在绕自身轴线转动之金属靶材(12)偏心位置且与金属靶材(12)发生相互作用，通过相互作用产生的等离子体向透明工件(11)背面
转移以刻蚀加工透明工件(11)，该等离子体受磁场辅助装置产生的磁场、透明工件(11)的纵向一维振动和金属靶材(12)的转动的作用。
[0020]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：
[0021]激光器产生的激光束经透镜组件、透明工件聚焦在绕自身轴线转动之金本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置，用于加工透明工件(11)，其特征在于：加工装置包括激光器(2)、透镜组件和工作台装置(6)；该工作台装置(6)包括安装工作台(16)、设于安装工作台(16)的磁场辅助装置、设于磁场辅助装置的振动工作台(21)、设于磁场辅助装置的驱动器(13)和金属靶材(12)；该透明工件(11)装接在振动工作台(21)且通过振动工作台(21)带动透明工件(11)一维振动，该金属靶材(12)装接在驱动器(13)且驱动器(13)带动金属靶材(12)绕自身轴线转动，该透明工件(11)和金属靶材(12)上下平隔布置，该透明工件(11)和金属靶材(12)都处于磁场辅助装置产生的磁场内；该激光器(2)产生的激光束(3)经透镜组件、透明工件(11)聚焦在绕自身轴线转动之金属靶材(12)偏心位置且与金属靶材(12)发生相互作用，通过相互作用产生的等离子体向透明工件(11)背面转移以刻蚀加工透明工件(11)，该等离子体受磁场辅助装置产生的磁场、透明工件(11)的一维振动和金属靶材(12)的转动的作用。2.根据权利要求1所述的复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置，其特征在于：还包括电脑控制系统(1)，该电脑控制系统(1)连接激光器(2)、驱动器(13)和磁场辅助装置。3.根据权利要求1所述的复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置，其特征在于：该透镜组件包括扫描振镜(4)和聚焦透镜(5)，该激光器(2)发出的激光束(3)经扫描振镜(4)和聚焦透镜(5)再至透明工件(11)。4.根据权利要求1所述的复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置，其特征在于：该安装工作台(16)为可升降工作台，该振动工作台(21)设可升降夹具(10)，该透明工件(11)装接在可升降夹具(10)；该驱动器(13)包括步进电机装置，该金属靶材(12)结构呈圆盘状。5.根据权利要求4所述的复合能量场辅助激光诱导等离子体加工装置，其特征在于：该步进电机装置包括步进电机和放置板(18)，该步进电机具有步进电机壳体(20)、盖接步进电机壳体(20)的步进电机防护盖板(19)和步进电机传动轴(17)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢希钊，陈嘉林，姜峰，温秋玲，陆静，江安娜，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：
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