[发明专利]一种激光精密模压制备薄膜的方法、模压装置及脱模装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，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。本发明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。采用本发明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。

背景技术

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] Yi A Y, Jain A. Compression molding of aspherical glass lenses—a combined experimental and numerical analysis [J]. Journal of the American Ceramic Society, 2005, 88(3): 579-586.[4] Firestone G, Yi A Y. Precision compression molding of glass microlenses and microlens arrays —an experimental study [J].Applied Optics, 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。

发明内容

本发明的发明目的在于：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。本发明属于“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，本发明采用如下技术方案：

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