准分子激光加工表面微观形貌测量和数据处理方法研究

用紫外波长为 λ=2 4 8nm的准分子激光器 ,分辨率为 5 0 nm的精密微动工作台及其控制器 ,在一定的工艺参数下 ,对 Al2 O3陶瓷、不锈钢等材料表面分别进行准分子激光加工 ,构建准分子激光加工表面微观形貌。对加工表面的几何形貌分别采用扫描电子显微镜 ( SEM)、表面形貌仪进行测量 ,并通过对 SEM图像的 3维数字化处理 ,得出表面 3维形貌图。同时用Mat L ab处理表面形貌仪的测量数据和计算表面形貌统计参数。

准分子激光加工参数对表面形貌影响的模糊分析

采用准分子激光微细加工方法 ,选用不同的工艺参数加工Al2 O3 陶瓷材料试件。通过表面轮廓仪测量并计算表面形貌统计参数。分析了激光加工工艺参数对表面形貌的影响 ,利用模糊分析方法 ,就激光器的放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面形貌轮廓均方根值Rq 的影响进行了评价。结果表明 ,Rq 值随激光器的放大器电压和激光脉冲频率的增大而增大 ,随激光扫描速度的增大而减小。分析得出 ,激光加工工艺参数对表面形貌的影响程度不同 ,由大到小依次为激光扫描速度、激光脉冲频率、放大器电压。因此 ,可以通过合理地选择工艺参数获得所需求的表面形貌 ,为表面微观形貌修饰提供了参考依据。

准分子激光加工与研磨加工Al_2O_3陶瓷表面形貌的比较

采用了准分子激光和研磨两种不同的加工方法,在微构件常用的Al2O3陶瓷材料表面构建表面微观形貌.通过表面轮廓仪测量加工试件表面形貌,采用自行研制的表面形貌参数表征系统进行表面形貌统计参数计算.分析不同加工方法对同一种材料表面形貌的影响,采用表面形貌统计参数中的轮廓高度算术平均值Ra、轮廓高度均方根值Rq、坡度均方根值.Zq对表面形貌进行评价.结果表明,准分子激光加工表面的Ra、Rq和.Zq值均比研磨加工表面小.分析可得,准分子激光加工与传统研磨加工方法相比,能够获得较高要求的表面形貌,为微机械的设计提供重要参考依据.

准分子激光加工工艺参数优化

本文采用准分子激光加工方法,选择不同的工艺参数对Al2O3 陶瓷材料试件进行加工,通过表面轮廓仪测量表面微观形貌,并计算其表面轮廓高度均方根值Rq.采用二次多项式拟合方法分析激光加工工艺参数对表面形貌的影响,即放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面轮廓高度均方根值Rq的影响进行拟合.结果表明,Rq值随着放大器电压、激光脉冲频率增大而增大,随激光扫描速度增大而减小,并且激光加工工艺参数对表面形貌的影响程度不同,由大到小依次为激光扫描速度、放大器电压、激光脉冲频率.并利用罚函数内点法寻优方法,在任意确定Rq条件下寻求工艺参数的最佳组合.因此,可以通过合理地选择工艺参数获得所需要的表面形貌,为表面微观形貌修饰提供了参考依据.

准分子激光加工工艺参数与修饰表面形貌参数的关系

表面微观形貌修饰是改善和控制表面微摩擦性能的一种方法。采用准分子激光表面形貌修饰技术在A l2O3陶瓷材料表面构建微观形貌,通过改变准分子激光加工工艺参数,探讨了准分子激光加工表面形貌参数(包括粗糙度参数和分形参数)与加工工艺参数的相关关系。研究表明:准分子加工工艺参数与表面形貌参数之间存在相关性,轮廓高度算术平均值、轮廓高度均方根值、坡度均方根值和分形维数与激光能量密度成正比,承载量系数与激光能量密度成反比;随着激光能量密度的增大,表面形貌的起伏程度和致密程度增大、陡峭程度有细微的变化、承载面积比减小。

Al_2O_3陶瓷表面准分子激光加工的形貌特征

以微机械为应用背景,采用准分子激光加工方法对Al2O3陶瓷材料表面进行加工,考察加工表面的形貌特征。研究表明,准分子激光加工表面形貌的统计参数具有显著的规律性。其高度参数的算术平均值Ra和均方根值Rq随工艺参数呈现同步同趋势变化的规律,并且相互之间具有定量的关系。对此本文提出了准分子激光加工表面轮廓的简化模型,分析计算的结果与实测数据基本吻合。研究还表明,准分子激光加工表面相当平坦,其坡度均方根值.Zq随工艺参数的变化不大。上述特征是由准分子激光加工原理决定的,与通常的切削加工截然不同。

准分子激光加工表面轮廓的分形插值模拟及d值的影响

准分子激光加工的表面的分形特征的研究未见有报道,本文首先分析了准分子激光加工表面可以具有分形特征,说明可以用分形理论来对它进行分形分析.进而利用IFS理论模拟了某准分子激光加工表面轮廓,并给出了模拟的算法流程图,结果表明:在适当的d值下,模拟结果与实测轮廓很接近.最后探讨了不同的d值对模拟结果的重大影响及d值的确定.

典型微机械材料的准分子激光加工特性

针对硅、聚合物和工程陶瓷等典型微机械材料 ,采用KrF准分子激光对其进行了加工技术研究 ,分析了加工规律 。

准分子激光加工球面调制靶工艺研究

介绍了空心玻璃微球(HGM)的液滴法制备及其相关评测技术;针对HGM的特点和球面调制靶的制备要求,结合现有的准分子激光加工技术,对加工激光束参数的确定、光学系统的构建以及具体的加工过程进行了研究。提出了一种采用准分子激光刻蚀技术加工制备球面调制靶的具体工艺方案。

准分子激光加工表面轮廓的分形分析

准分子激光加工是解决MEMS中微摩擦问题的手段之一。通过研究准分子激光加工表面轮廓的分形特性,探索准分子激光加工表面轮廓分析中的应用问题,如分形参数表征和分形插值模拟等。

准分子激光微加工应用研究进展

准分子激光加工技术基于光化学机制.准分子激光具有波长短、重复频率高、单脉冲能量大、输出光斑大且能量分布均匀等特点,在精准和高效微加工领域有着独特的优势.准分子激光微加工可以减小热影响区(Heat affected zone, HAZ),有效避免产生裂纹等缺陷,在材料精细加工领域有很好的应用前景。介绍了准分子激光微加工的研究进展,及准分子激光微加工应用于微电子集成电路封装、微机电系统(Micro-electro-mechanical system, MEMS)材料加工和生物医疗等领域的研究结果,总结了准分子激光微加工技术的发展趋势。

基于微流体芯片的准分子激光微加工技术的研究进展

微流体芯片作为一种新型的生物芯片被广泛应用在生命科学等领域,而准分子激光在生物芯片加工过程中有着快速、可控和高效的特点,正逐渐应用于微流体芯片的制造,并有着广阔的发展前景。简要介绍了微流体芯片的技术特点,重点介绍了近年来国外基于微流体芯片制作的准分子激光微加工技术的研究进展和应用,分析了影响准分子激光加工微流体芯片技术发展的因素,并对此技术的今后发展趋势进行了展望。

基于准分子激光加工技术的内嵌光纤型微流控器件的制备

为了方便、快速、低成本地检测样品,提出一种内嵌光纤型微流控芯片的制备方法。利用248 nm的KrF准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上进行微加工,构建芯片结构,并嵌入腐蚀过的直径35μm的单模光纤,从而形成内嵌光纤型芯片。探讨了准分子激光加工参数以及嵌入光纤的方法。结果表明,用准分子激光加工芯片,可控性好、简便可靠、加工过程可实现无人化。内嵌光纤实现了光纤的相互对准以及光纤对流道中央的对准,可以灵敏地获取样品的光学信号。

准分子激光修饰Al_2O_3陶瓷表面的微摩擦特性研究

利用准分子激光修饰微构件常用的A l2O3陶瓷试件,通过改变准分子激光加工工艺参数获得不同的微观表面,并用自行研制的微摩擦测试仪进行微摩擦实验研究.结果表明,在相同条件下摩擦系数随着载荷的增大而减小,随着速度的增大而增大.而准分子激光修饰表面比原始表面的摩擦系数要小,说明利用准分子激光表面修饰可以达到减小摩擦的目的.此外,研究了准分子激光工艺参数与修饰表面摩擦性能的相关性,结果表明,摩擦系数随着放大器电压的变化趋于稳定、随着激光脉冲频率的增大而有增大的趋势、随着激光扫描速度和激光扫描遍数的增大呈现减小趋势.

不同材料的准分子激光修饰表面形貌的分形表征

采用准分子激光加工方法,在相同的工艺参数下加工了脆性材料(A l2O3陶瓷)和塑性材料(不锈钢、Q235钢)试件。采用分形理论研究了准分子激光加工的不同材料表面的分形特征,通过结构函数法计算了表面微观形貌的分形维数。结果表明:准分子激光加工的不同材料的表面形貌具有不同的分形特性,在相同的加工条件下A l2O3陶瓷材料表面的分形维数大于不锈钢、Q235钢等塑性材料表面的分形维数,表明脆性材料和塑性材料具有不同的准分子激光加工属性;准分子激光加工表面的分形维数随着激光扫描速度的增大而减小,随放大器电压和脉冲频率的增大而增大,表明可以通过改变加工参数得到不同的分形维数表面。

采用显微拉曼光谱技术检测激光微加工质量

本文简要介绍了准分子激光微加工的原理;分析比较了几种微检测技术的特点和用途;提出了采用显微拉曼光谱检测准分子激光微加工质量的新技术,并在有机玻璃和光刻胶制成的齿轮上分别进行了探索。研究结果表明:显微拉曼散射技术确实可以成为一种新的检测微加工质量的有效手段。

基于157nm激光制作的微光纤F-P折射率传感器

分析了157nm激光制作的光纤法珀折射率传感器的传感特性.采用干涉条纹计数的方法对法珀腔的反射光谱进行解调,避免了光强波动的影响,同时具有较宽的折射率(RI)范围.在0～70℃范围内25μm的法珀腔腔长变化量为6.25nm,等效折射率变化为～2.46×10-4.常温下对折射率范围为1.33～1.427的甘油(丙三醇)溶液进行了测量,实验结果曲线的相关系数为0.9951,测量准确度为～3.70×10-4.

248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道

利用248nm纳秒准分子激光,采用掩模投影和石英玻璃前表面直写刻蚀的方法,研究了激光脉冲能量密度、重复频率、扫描次数对微通道裂损的影响规律,分析了石英玻璃激光刻蚀及裂损的机理。结果表明,248nm纳秒准分子激光刻蚀石英玻璃的机理为光致电离及热烧蚀的共同作用;无裂损刻蚀JGS1型石英玻璃的激光能量密度阈值范围为16~30J·cm^(-2),刻蚀率可达每脉冲500nm;随着激光重复频率及扫描次数的增加,微通道容易因热积累及等离子体微爆炸冲击作用而裂损。基于优化的激光加工参数,当微通道宽度小于100μm时,可以实现无裂损的直线型(深度小于或等于50μm)及圆弧型(深度小于或等于28.5μm)微通道的加工。