激光选择性刻蚀有机复合材料/金属薄膜技术的研究

摘要

航天器固面天线反射器在航空航天、信息传导，甚至军事国防领域发挥着重要作用，然而构成天线反射器的结构材料和表面功能图形材料在物理、化学性能方面有很大的差异，利用激光对这类有机复合材料/金属薄膜组合体系实现高精度的加工时，必须同时满足结构材料不损伤和功能层的加工精度两个要求。如何在复杂曲面零部件表面高质量、高精度、高效率地制造大幅面金属薄膜图形微结构，已经成为现代先进制造工艺亟待解决的核心技术难题。
　　本论文采用1064nm红外激光和355nm紫外激光作为对比光源，对环氧树脂基覆铜板进行铜箔层直接刻蚀实验，并研究了不同激光工艺参数及铜层厚度对刻蚀质量的影响。同时提出一种全新的剥离式加工方案——激光在覆铜板上刻蚀图形轮廓后，采用离焦扫描的方式对铜箔层进行加热，通过汽化部分有机基底达到铜箔层与基底分离的目的，并最终实现了对实验基材的选择性刻蚀。实验结果及机理分析表明，激光剥离法具有更完好的微观形貌以及更低的Cu原子残留量，然而直接刻蚀法具有更稳定的加工重复性及一致性，其加工效率也更高。
　　在成功实现二维有机复合材料/金属薄膜体系的高质量加工后，本论文选取红外激光直接刻蚀法作为最适合的三维刻蚀加工方案，利用实验室自主研发的―3+2‖型三维加工系统和激光三维投影加工技术，成功实现了二维刻蚀技术在三维曲面工件上的应用。并通过对大、小栅格尺寸划分的优化，满足了三维复杂曲面上金属薄膜图形结构的高质量、高精度、高效率激光精密加工的要求。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 激光加工有机复合材料/金属薄膜体系材料的国内外研究现状

1.3 课题来源、意义、主要研究内容及创新点

1.4 技术方案

2 实验和检测设备、材料性质和刻蚀要求

2.1 激光加工设备

2.2 实验材料和加工样品检验设备

2.3 刻蚀要求

2.4 本章小结

3 激光直接法刻蚀覆铜板实验研究

3.1 实验方案可行性及扫描方式的确定

3.2 实验结果及讨论

3.3 机理分析

3.4 刻蚀样品照片

3.5 本章小结

4 激光剥离法刻蚀覆铜板实验研究

4.1 实验方案及可行性分析

4.2 实验结果及讨论

4.3 机理分析

4.4 刻蚀样品照片

4.5 本章小结

5 激光三维空间曲面加工的技术研究

5.1 激光三维刻蚀方法的选取以及加工图形的确定

5.2 三维加工方案的介绍

5.3 栅格划分对尺寸精度及加工效率的影响

5.4 曲面倾斜角对刻蚀质量及尺寸精度的影响

5.5 刻蚀样品照片

5.6 本章小结

6 全文工作总结与展望

6.1 主要成果及结论

6.2 展望及建议

致谢

参考文献