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石英玻璃的紫外飞秒激光光丝高精度加工技术研究

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中国激光 2024年第12期51卷 465-473页

作者：薛波贾平岗安国文苏建慧王灏荃杨楠熊继军中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051

石英玻璃的高精度加工在微机电器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着巨大的需求。为进一步提升加工精度和加工质量,本课题组开展了基于光丝效应的343 nm紫外飞秒激光加工实验,研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫描速度和... 详细信息

石英玻璃的高精度加工在微机电器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着巨大的需求。为进一步提升加工精度和加工质量,本课题组开展了基于光丝效应的343 nm紫外飞秒激光加工实验,研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫描速度和扫描次数对石英玻璃光丝损伤形貌的影响,并在此基础上优化工艺参数,对石英玻璃进行了快速切割和打孔实验。研究结果表明:在激光重复频率一定时,脉冲能量越大,光丝损伤越深;脉冲能量不变时,重复频率越高,光丝损伤深度越大;扫描速度的降低会增加损伤深度,但也会使加工表面的熔融物增多;增加扫描次数能显著提升加工质量。利用激光光丝加工方法切割得到的石英玻璃断面接近垂直且粗糙度小于1μm,微孔加工的尺寸精度可达到±2μm。

关键词：飞秒激光石英玻璃光丝效应精密切割微孔加工

石英玻璃紫外飞秒激光光丝高精度加工技术研究

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中国激光 2024年

作者：薛波贾平岗安国文苏建慧王灏荃杨楠熊继军中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室

石英玻璃的高精度加工在微机电（MEMS）器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着广泛需求，为进一步提升加工精度和质量，本文开展了基于光丝效应的343nm紫外飞秒激光加工技术研究。详细研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫... 详细信息

石英玻璃的高精度加工在微机电（MEMS）器件封装、光纤传感和微电子封装等领域有着广泛需求，为进一步提升加工精度和质量，本文开展了基于光丝效应的343nm紫外飞秒激光加工技术研究。详细研究了激光焦点位置、脉冲能量、重复频率、扫描速度和扫描次数对石英玻璃光丝损伤形貌的影响，在此基础上优化工艺参数，对石英玻璃进行了快速切割和打孔实验。研究结果表明，在激光重复频率一定时，脉冲能量越大光丝损伤越深，脉冲能量不变时，重复频率越高光丝损伤深度也会增加。扫描速度降低会增加损伤深度，但会增加加工表面的熔融物，而增加扫描次数能显著提升加工质量，利用该加工方法切割得到的石英玻璃断面接近垂直且粗糙度小于1μm，微孔加工的尺寸精度可达到±2μm。

关键词：飞秒激光石英玻璃光丝效应精密切割微孔加工

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基于双振镜组的微孔激光旋切加工系统

中国激光 2023年第12期50卷 245-251页

作者：龙宙秦应雄许文强秦庆全肖金陵童杰段光前华中科技大学光学与电子信息学院激光加工国家工程研究中心湖北武汉430074 江苏先河激光技术有限公司江苏宿迁223800

为实现孔径和锥度可调的微孔加工,设计研制了一种基于双振镜组联动与Z轴上下移动的五轴四联动激光旋切系统。建立了微孔激光旋切物理模型,首先利用边缘轮廓确定微孔形状,再通过分层回型填充方法确定每个激光作用点的位置;然后基于聚焦... 详细信息

为实现孔径和锥度可调的微孔加工,设计研制了一种基于双振镜组联动与Z轴上下移动的五轴四联动激光旋切系统。建立了微孔激光旋切物理模型,首先利用边缘轮廓确定微孔形状,再通过分层回型填充方法确定每个激光作用点的位置;然后基于聚焦光束不被遮挡和振镜偏转整体运动量少的原则,确定四个振镜的偏转角度;通过改变边缘轮廓端点数据,可分别实现方孔尺寸和锥度的灵活可控。采用15 W紫外皮秒激光器、两套相同的振镜和焦距为32 mm的远心透镜,配合三维平移工作台,搭建了激光旋切硬件系统,自主开发了多边形激光旋切控制软件。实验采用分层降焦打孔的方式,在厚度为250μm的氮化硅材料上实现了55μm×55μm规格的正锥、零锥、负锥方形微孔的加工,并且还实现了不同孔径(30~80μm)零锥方形微孔和三角形、五边形、六边形等其他形状微孔的加工。

关键词：激光技术激光旋切微孔加工双振镜组分层填充锥度调节

C/SiC复合材料微孔的电镀金刚石钻头钻削加工

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金刚石与磨料磨具工程 2023年第1期43卷 90-95页

作者：庞继伟李升郭明波王兆辉袭建人杨晓涛山东职业学院智能制造学院济南250104 山东大学机械工程学院济南250061 山东大学材料科学与工程学院济南250061

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20~30,36~54和63~75μm,直径在0.280~0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、... 详细信息

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20~30,36~54和63~75μm,直径在0.280~0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、加工效率的影响。结果表明:在相同钻削速度条件下,进给速度越低时,加工的微孔质量越好;钻头电镀的金刚石磨粒基本颗粒尺寸越大,其钻削效率越高;在6种钻头中,直径为0.300 mm的基体上电镀63~75μm的磨粒,直径为0.200 mm的基体上电镀36~54μm的磨粒,能够获得更优的钻孔性能。

关键词： C/SiC复合材料微孔加工电镀金刚石钻头钻削加工

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微孔、小孔及深孔加工技术

电测与仪表 1988年第3期 46-48页

作者：王运有哈尔滨电表仪器厂

在仪表制造中常有微孔、小孔及深孔加工,它是加工关键技术之一。本文介绍该加工中的刀具、设备,监控等的国内外情况。

关键词：深孔加工技术小孔微孔加工

飞秒激光工艺参数对加工TiC陶瓷微孔的影响

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中国激光 2014年第10期41卷 100-106页

作者：王禹茜张军战刘永胜杨小君李玮楠王春辉西安建筑科技大学材料与矿资学院陕西西安710055 西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室陕西西安710072 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119

用不同能量密度的飞秒激光在不同辅助气压下对TiC陶瓷进行微孔加工,采用扫描电子显微镜(SEM)、微米X射线三维成像仪(Micro-CT)和X射线光电子能谱(XPS)对微孔的形貌和化学键进行了研究。结果表明,在不同能量密度下,微孔入口圆度均不小于9... 详细信息

用不同能量密度的飞秒激光在不同辅助气压下对TiC陶瓷进行微孔加工,采用扫描电子显微镜(SEM)、微米X射线三维成像仪(Micro-CT)和X射线光电子能谱(XPS)对微孔的形貌和化学键进行了研究。结果表明,在不同能量密度下,微孔入口圆度均不小于99%,微孔出口圆度随能量密度的增加而增大,随后趋于稳定,最大出口圆度为95%。微孔锥度随辅助气压增大而增大,当能量密度为0.51J/mm2、辅助气压为0.3MPa时,微孔锥度最佳,其长轴锥度为-0.13°,短轴锥度为0.77°。激光加工过程中,C-C键、Ti-C键断裂,在微孔附近形成包含金属Ti、Ti2O3和TiO2等物质的残渣。最后对激光与材料的作用机制进行了探讨。

关键词：超快光学飞秒激光微孔加工 TiC陶瓷能量密度辅助气压

阴极侧壁绝缘对微孔电化学加工精度的影响(英文)

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纳米技术与精密工程 2009年第4期7卷 355-360页

作者：刘壮刘燕邱中军曲宁松南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

在微孔电化学加工中,阴极侧壁区域的工件阳极溶解极易导致加工锥度的产生.为了提高阳极溶解的定域性,采用阴极侧壁绝缘电极进行微孔电化学加工的实验研究.采用直径80～100μm的侧壁绝缘阴极,在0.5mm厚度的不锈钢板(1Cr18Ni9Ti)上加工出... 详细信息

在微孔电化学加工中,阴极侧壁区域的工件阳极溶解极易导致加工锥度的产生.为了提高阳极溶解的定域性,采用阴极侧壁绝缘电极进行微孔电化学加工的实验研究.采用直径80～100μm的侧壁绝缘阴极,在0.5mm厚度的不锈钢板(1Cr18Ni9Ti)上加工出一系列微孔.结果表明,阴极侧壁绝缘可以很好地减少加工锥度,从而提高微孔电化学加工精度.此外,减小脉冲宽度及加工电流密度、降低电解液浓度也有益于加工精度的改善.

关键词：电化学加工微孔加工电极绝缘加工精度

飞秒激光时空整形电子动态调控加工微光学元件

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中国激光 2022年第10期49卷 99-118页

作者：吴梦楠李晓炜向志昆张乐仪杨炎培王志鹏刘洋北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

飞秒激光加工具有精度高、无污染、材料适用性广、热效应小等特点,在加工微光学元件方面有着独特的优势。通过对飞秒激光进行时间和空间整形,调控电子动态及其后续的电子-声子作用过程,能够有效提高加工精度和加工效率,解决微光学元件... 详细信息

飞秒激光加工具有精度高、无污染、材料适用性广、热效应小等特点,在加工微光学元件方面有着独特的优势。通过对飞秒激光进行时间和空间整形,调控电子动态及其后续的电子-声子作用过程,能够有效提高加工精度和加工效率,解决微光学元件在实际加工中的质量和成本问题。本文以微透镜、光栅和波带片为例,综述了常见微光学元件的飞秒激光加工现状,介绍了时空整形飞秒激光调控电子动态的基本原理,总结了飞秒激光进行时空整形的主要实现途径,展示了这些方法在加工微光学元件上的典型应用和研究进展,最后分析讨论了时空整形飞秒激光用于加工微光学元件所面临的挑战和今后的研究重点。

关键词：激光技术飞秒激光电子动态调控微孔加工时空整形微光学元件

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515 nm皮秒激光环切加工微孔实验研究

应用激光 2019年第2期39卷 285-290页

作者：刘勇冯爱新贾天代陈欢温州大学机电工程学院浙江温州325035 浙江省激光加工机器人重点实验室浙江温州325035 温州大学激光与光电智能制造研究院浙江温州325024

为解决毫/纳秒激光加工微孔质量差的问题,利用515nm皮秒激光对厚度为0.1mm的不锈钢进行环切法加工直径100μm的微孔实验。采用激光共聚焦显微镜对加工后形貌和质量进行观察与表征,研究激光能量密度、扫描速度和离焦量等因素对加工后微... 详细信息

为解决毫/纳秒激光加工微孔质量差的问题,利用515nm皮秒激光对厚度为0.1mm的不锈钢进行环切法加工直径100μm的微孔实验。采用激光共聚焦显微镜对加工后形貌和质量进行观察与表征,研究激光能量密度、扫描速度和离焦量等因素对加工后微孔形貌与质量的影响规律。实验结果表明,能量密度对微孔内壁质量有直接的影响,在保证去除能力前提下,控制能量密度在6.45J/cm^2以下,可有效减小微孔内壁的热影响区。同时实验还发现,适当增加扫描速度能够改善环切加工微孔切口和内壁的质量。在激光能量密度6.45J/cm^2扫描速度200mm/s时,孔锥度为2.72°随着扫描速度的增大,锥度减小,最后稳定在2.29°左右,正离焦加工也能一定程度上减小孔的锥度。此研究结果表明,优化工艺参数能够加工出热影响区小、边缘质量好且锥度小的微孔。

关键词：皮秒激光微孔加工能量密度扫描速度离焦量