陶瓷材料的激光微加工技术研究

摘要

工程陶瓷在国防工业、航空航天、电子信息以及日常生活中的应用越来越广泛。传统的机械加工方法很难对常见的工程陶瓷如石英陶瓷、氧化铝陶瓷等进行精密加工。近年来激光微加工技术凭借其无接触、可加工微小复杂结构、加工质量好等特点，越来越受到材料微加工领域的重视。基于此，本论文利用课题组的激光微加工设备进行了石英陶瓷、氧化铝陶瓷等的激光刻蚀技术研究。
　　首先，采用紫外激光器和光纤激光器进行了石英陶瓷刻蚀加工实验。采用台阶测试仪以及扫描电镜(SEM)，观测加工样品的刻蚀深度、粗糙度以及刻蚀底面的微观形貌等。实验结果表明，紫外激光依靠光化学作用去蚀材料，可以无接触的刻蚀出设定的准三维立体结构，并且可以精确控制刻蚀尺寸与深度。红外光纤激光由于靠光热作用去蚀材料，对刻蚀区域的热影响较大，刻蚀质量相对较差。
　　为了进一步降低石英陶瓷刻蚀粗糙度，进行了二氧化碳激光对石英陶瓷刻蚀表面进行抛光技术的研究，探讨了激光抛光参数（速度、离焦量等）对石英陶瓷刻蚀表面抛光效果的影响规律与作用机理。结果表明，激光扫描抛光速度等参数对抛光效果有较大影响，采用合适的二氧化碳激光抛光参数，可将激光刻蚀面的粗糙度降低到1m左右。
　　最后，采用紫外激光器，分别在空气与水中进行了氧化铝陶瓷的激光刻蚀实验。结果表明，水的冷却作用与水下激光刻蚀过程中产生的空泡有效的避免了陶瓷相变与变质层的形成，既提高了刻蚀质量，也增加了刻蚀深度。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 陶瓷材料常见的加工方法

1.3 激光微加工技术特点及其在材料加工中的应用现状

1.4 激光与物质的相互作用机制

1.5 课题来源、研究意义、内容、目标、创新点与技术路线

1.6 本章小结

2 实验设备与检测仪器

2.1 激光微加工设备

2.2 二氧化碳激光激光抛光设备

2.3 实验检测仪器

2.4 本章小结

3 石英陶瓷激光微加工技术研究

3.1 前言

3.2 实验材料、实验要求及方法

3.3 石英陶瓷紫外激光最小刻蚀宽度以及平台定位精度的研究

3.4 石英陶瓷激光刻蚀实验研究

3.5 石英陶瓷激光刻蚀准三维结构应用实例

3.6 本章小结

4 石英陶瓷激光抛光技术研究

4.1 前言

4.2 激光抛光方案设计

4.3 激光抛光实验

4.4 二氧化碳激光抛光机理分析

4.5 本章小结

5 水辅助激光刻蚀氧化铝陶瓷技术研究

5.1 前言

5.2 水下激光传输特性

5.3 水辅助激光刻蚀氧化铝陶瓷实验研究

5.4 水辅助激光刻蚀氧化铝陶瓷机理分析

5.5 水辅助激光刻蚀氧化铝陶瓷应用实例

5.6 本章小结

6 主要结论和展望

6.1 主要结论

6.2 课题研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录