[发明专利]一种制备陶瓷表面超亲水结构的激光加工方法

说明书

本发明涉及一种制备陶瓷表面超亲水结构的激光加工方法。将待加工的陶瓷基材进行抛光、清洗和干燥处理后置于激光加工平台上，设计激光工艺参数和光束扫描路径，利用脉冲激光加工工艺在陶瓷表面加工出微米级沟槽结构，制备得到超亲水陶瓷表面。本发明利用脉冲激光在陶瓷表面加工处理形成的微米级沟槽结构，可以在陶瓷表面获得长期的超亲水表面，水滴能够迅速且均匀的向四周扩散，起到良好的润湿作用。同时脉冲激光加工具有加工效率高、操作简单、使用范围广、精度高等优点，因此这种加工方法展现出了良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光加工超亲水微结构技术领域，特别是涉及一种利用脉冲激光在陶瓷基材表面加工微结构实现超亲水性能的方法。

研究背景

陶瓷在工农业生产和日常生活以及医疗领域有着广泛的用途，例如建筑材料、化工管道、餐具、艺术制品等。提高陶瓷的亲水性能可以实现自清洁、防雾、便于润色等多个功能。目前，制备超亲水陶瓷表面的方法有：自组装分子膜法、液相沉积法、溶胶-凝胶法、电化学法以及涂覆纳米涂层等方法。目前的制备方法大多存在操作复杂、成本高、稳定性差以及超亲水性能持续时间短等缺点，甚至有的加工方法还会产生化学污染。脉冲激光加工具有加工效率高、操作简单、使用范围广、精度高、成本低廉以及绿色环保等优点，因此利用脉冲激光在陶瓷表面加工超亲水结构的方法展现出了良好的应用前景。

本发明专利利用脉冲激光在陶瓷基材表面直接制备出等间距平行排列的微米级沟槽结构，实现了陶瓷表面的超亲水性能。

发明内容

为研究在陶瓷材料表面加工出超亲水结构，本发明提出一种利用脉冲激光在陶瓷基材表面加工微结构实现超亲水性能的方法，激光加工方法工艺简单灵活、成本低。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

步骤一、选择用于在表面上加工超亲水结构的陶瓷材料；

步骤二、利用砂纸对陶瓷基材表面进行抛光处理，采用无水乙醇或去离子水对抛光后的陶瓷集采进行超声波清洗，并吹干；

步骤三、设计利用激光在陶瓷基材表面欲加工的微米级沟槽结构；

步骤四、确定激光加工参数，选用脉冲激光加工功率为1-20W，脉冲频率为50-1000kHz，脉冲宽度为0.01-100ps，波长为200-1100nm，扫描速度为10-5000mm/s；

步骤五、将待加工的陶瓷基材置于激光精密加工平台上，调整激光束使焦点聚焦至陶瓷基材表面，利用激光工艺参数，按照激光扫描工艺路径，在陶瓷基材表面加工出微米级沟槽结构。

其中，所述的用于加工微米级沟槽结构的所述陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、二氧化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、硼化锆陶瓷等。

依照上述制备方法制备得到的微米级沟槽结构，使水滴在陶瓷加工面上的最小接触角为0°。

本发明采用脉冲激光在陶瓷基材表面直接加工出微米级沟槽结构，实现陶瓷表面的超亲水性能，其优点包括：

(1)本发明利用脉冲激光精密加工技术在陶瓷材料表面加工微米级沟槽结构实现超亲水性能，加工工艺简单灵活，加工精度高，可实现快速、高效的微凹槽结构加工；

(2)激光加工尺寸范围大，加工成本低，安全环保，加工材料广泛，激光加工工艺参数可调。

附图说明

图1为激光在Si₃N₄陶瓷材料表面加工的等间距平行排列的沟槽结构光学显微镜图片；

图2为水滴在Si₃N₄陶瓷材料加工表面的接触角图片。

具体实施方式