[发明专利]利用双金属合金靶材激光诱导等离子体加工装置及方法

说明书

本发明公开了利用双金属合金靶材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、双金属合金靶材、工作台和可升降夹具；该透明工件和双金属合金靶材上下平隔布置；该激光器发出的激光束经透镜组件、透明工件辐射聚焦在双金属合金靶材上并与双金属合金靶材发生相互作用以产生等离子体，该双金属合金靶材包含惰性金属和活性金属，惰性金属对应的等离子体通过物理过程对透明工件材料进行刻蚀加工，活性金属对应的等离子体通过物理过程和化学反应对透明工件材料进行刻蚀加工。它具有如下优点：在微纳制造领域应用前景巨大，能实现工业上高精密加工质量需求，能解决透明硬脆材料异形工件加工难题。

技术领域

本发明涉及精密加工方法技术领域，尤其涉及利用双金属合金靶材激光诱导等离子体加工装置及方法。

背景技术

由于工业领域对一些高精密零部件的特殊需求，一些零部件往往具有不规则的形状与各种各样的尺寸，用传统的刀具切削方法需要多道工序，加工工步过多导致加工效率低下，多次装夹还易导致材料变形，而且还无法达到尺寸与形状精度需求。

透明硬脆材料往往具有高硬度、脆性大、低断裂韧性等特性，材料的弹性极限和强度非常接近，属于难加工材料，其加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷，而且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。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。

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。

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。

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。

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，不易实现材料高效去除。

发明内容

本发明提供了利用双金属合金靶材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。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：利用双金属合金靶材激光诱导等离子体加工装置，用于加工透明工件(6)，加工装置包括激光器(2)、透镜组件、双金属合金靶材(7)、工作台(8)和可升降夹具(9)；该双金属合金靶材(7)固装在工作台(8)上，该可升降夹具(9)安装在工作台(8)上且装接透明工件(6)以能带动透明工件(6)升降，该透明工件(6)和双金属合金靶材(7)上下平隔布置；该激光器(2)发出的激光束(3)经透镜组件、透明工件(6)辐射聚焦在双金属合金靶材(7)上并与双金属合金靶材(7)发生相互作用以产生等离子体，该双金属合金靶材(7)包含惰性金属和活性金属，惰性金属对应的等离子体通过物理过程对透明工件(6)材料进行刻蚀加工，活性金属对应的等离子体通过物理过程和化学反应对透明工件(6)材料进行刻蚀加工。

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(6)。