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激光加工石英微通道技术的研究

彭长屏  
【摘要】: 激光微通道加工是近来研究的热门,微型通道的加工有多种方法,大致把它分为两种:热致型和非热致型.热致型里有激光诱导等离子加工法(LIPAA)和激光脉冲热加工法。用激光脉冲热加工的通道尺寸很小,深宽比较适中,缺点就是通道壁有较大的裂纹,光滑度不高。因此在通道成型之后须要进行一些修饰工艺,以达到较高的使用要求。激光诱导等离子加工法比较好的解决通道壁的多裂纹和壁面平整度不高的问题。它与激光脉冲热加工法的不同之处在于:激光诱导等离子加工法用激光光束烧蚀材料表面,在高温的情况下材料被等离子化,形成等离子气体,由于等离子气体的温度极高(材料被等离子化需很大的能量),因此用它来进一步加工材料是很合适的.而激光脉冲热加工法利用激光的高能量脉冲加工材料,必然要造成材料结构的损伤。非热致型的加工方法主要是亚紫外光直接刻蚀,这种方法所使用的激光波长在紫外区.对于大部分材料来说,吸收紫外光不会产生明显的热效应,因此在加工的过程中材料的结构不会产生不利的损伤.以上的激光加工微通道的方法属于间接加工,不会给被加工的材料带来明显的物理损伤。化学制造方法中有模塑法、压印法、软刻蚀、粉蚀加工、牺牲层技术等等。 本文研究用激光诱导等离子体加工法(LIP)在高纯度的石英基片上加工微米量级通道的技术。实验方法就是先对石英表面进行处理,然后以高能量密度的激光束聚交在材料表面,使之气化形成等离子体,不断调整升降台,维持等离子体加工的状态;入射激光束使等离子体与石英加工面紧密接触,石英材料不断被气化形成等离子体,从而形成微型通道。通过研究加工过程中激光参数对通道成型和通道质量影响,解决了通道壁有毛刺不光滑的问题,提高了石英微通道的深宽比。研究结果显示,在一定的深度内加工的激光脉冲数与加工的通道深度呈近似的线性关系;在一定的深度内,激光的功率密度与微通道的加工速率呈线性关系;等离子体在微通道内经历了产生、持续、消失的动态过程。


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