激光加工技术及其应用(精)
激光加工技术的原理及应用
激光加工技术摘要激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。
由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。
常用来进行选择性加工，精密加工。
由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。
关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、引言激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。
专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。
激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。
激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。
激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。
激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。
激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。
用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。
激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
正文1﹑激光加工技术的原理及其特点1．1激光加工的起源早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。
到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。
数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。
超快激光加工技术在微纳制造领域中的应用
超快激光加工技术在微纳制造领域中的应用近年来，随着科技的不断发展和创新，微纳制造技术越来越成熟，在诸多领域发挥着重要的作用。
其中，超快激光加工技术作为微纳制造的一种重要手段，在加工和制造某些微纳结构方面表现出了强大的优势。
本文将围绕超快激光加工技术在微纳制造领域中的应用进行阐述。
一、超快激光加工技术的原理及优势超快激光加工技术是指采用超快激光脉冲对材料进行加工的一种技术。
其原理是利用超快激光脉冲的高能量密度和极短的作用时间，将材料表面局部区域加热至高温、高压状态，从而使材料蒸发、熔化、脱落或产生化学反应。
与传统加工技术相比，超快激光加工技术具有以下优势：（1）高精度：超快激光加工技术可实现微米以下的高精度加工，尤其在微纳制造领域中的应用更为广泛。
（2）高效性：由于激光脉冲时间短且功率密度高，超快激光加工技术处理速度快，避免了传统加工技术加工速度慢的缺陷。
（3）针对性强：超快激光加工技术可以通过控制激光脉冲宽度、能量、作用时间等参数，使加工效果更具针对性，适用于不同的材料与加工要求。
二、超快激光加工技术在微纳制造中的应用随着微纳技术的不断发展，超快激光加工技术的应用范围也越来越广泛。
具体来说，其在微纳制造中的应用主要包括以下几个方面：（1）微型器件加工：超快激光加工技术可以实现微米甚至纳米级别的器件加工，如微电子元器件、MEMS器件、生物芯片等。
（2）微区表面改性：利用超快激光加工技术的高精度和高效性，可在微米尺度内对材料的表面进行形貌、结构、化学成分等方面的改性，实现定向改性和微区区域选择性改性。
（3）微小结构制备：超快激光加工技术可以制备各种微小结构，如针尖、纳米线、超薄膜等，这些微小结构具有重要的物理、化学和生物学特性，可以应用于传感器、微机电系统、药物输送等领域。
（4）微纳加热：超快激光加工技术的高能量密度和短时间作用特性，使其成为微纳加热的理想手段。
利用该技术可以实现微米尺度内的局部加热，用于微纳压力感应、光学器件等领域。
飞秒激光加工技术的原理与应用
飞秒激光加工技术的原理与应用飞秒激光加工技术是一种先进的加工技术，由于其所具有的优越性能，已经被广泛应用于各种领域，包括材料加工、生物医学、光电子等领域。
本文将从单位时间、激光的应用、影响加工效率的因素等方面，介绍飞秒激光加工技术的原理与应用。
一、这种激光的单位时间飞秒激光是指脉冲宽度在飞秒量级（1/fs，10^-15秒）的激光束，它具有光强高、脉冲宽度短、准直性好等特点。
由于飞秒激光的能量密度非常高，能够瞬间将物体表面的原子或分子挪开，形成微小孔洞，从而实现对材料的精密刻蚀。
二、激光的应用飞秒激光加工技术可以被广泛应用于各种材料的加工过程中，包括半导体、生物材料、金属、玻璃、陶瓷等等。
常见的应用包括：微加工、激光粘接、表面处理、微纳加工、微型器件加工等。
例如，在半导体领域，飞秒激光加工技术可以替代传统的化学蚀刻法，实现对半导体芯片的加工。
在光学领域，它可以用于脉冲激光器的制造和反射镜镀膜，使用飞秒激光加工技术可以实现非常高的精度和清晰度，适用于制造高精度光学仪器和元器件。
实验表明，飞秒激光加工技术比传统的加工技术更加精密、更加高效，可以提高生产效率，减少问题，并且可以加工出精准且具有复杂形状的产品。
三、影响加工效率的因素虽然飞秒激光加工技术比其他加工技术更快、更有效，但仍存在一些因素会影响其加工效率。
下文将从以下几个方面进行阐述：1. 材料性质：材料的特性是决定加工效率的关键因素。
不同材料具有不同的光学和物理特性，例如折射率、散射系数、吸收系数等，会直接影响激光对材料的相互作用，从而影响加工效果和速度。
2. 激光参数：激光参数是影响飞秒激光加工效率的另一重要因素。
激光参数包括脉冲能量、波长、脉冲宽度等，这些参数会影响加工表现、结构和材料粗糙度。
3. 加工表面处理：加工表面的处理可以影响加工效率，通过预处理表面，可以提高加工表面的质量级别，从而减少加工过程中的错误率。
4. 加工气体：在加工过程中，加工气体是至关重要的。
激光技术及其应用
激光表面处理技术
激光淬火
利用激光的高能量密度对金属表面进行快速加热和冷却，从而改变其组织结构和 性能。具有提高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等优点，广泛应用于机械制造、汽车等 领域。
激光熔覆
利用激光将合金粉末或陶瓷粉末熔化并涂覆在基体表面，形成一层具有优异性能 的涂层。具有提高耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、石 油化工等领域。
液体激光器
以液体作为工作物质，具有调 谐范围宽、光束质量好等特点 。
半导体激光器
以半导体材料作为工作物质， 具有体积小、重量轻、效率高 、寿命长等优点，且易于集成
和调制。
激光束特性及参数
01
02
03
04
光束质量
衡量激光束的聚焦能力和传输 特性的重要参数，包括光束直 径、发散角、瑞利长度等。
输出功率与能量
通信质量。
05 激光技术在军事 领域应用
激光雷达侦察与目标识别
激光雷达侦察
利用激光雷达的高精度测距、测 速和成像能力，对敌方目标进行 远距离、高精度的侦察和监视。
目标识别
通过激光雷达获取的目标反射信 号，对目标进行形状、大小、距 离等参数的识别，为打击决策提 供准确信息。
激光制导武器系统
激光制导导弹
空间光通信中激光链路建立
激光发射与接收
在空间光通信中，需要在发射端 和接收端分别设置激光器和光检 测器，用于产生和接收激光信号
。
瞄准与跟踪
由于空间环境的动态变化，需要 采用精确的瞄准和跟踪技术，确 保激光束能够准确地指向目标并
保持稳定。
大气影响与补偿
空间光通信中的激光传输会受到 大气湍流、折射等因素的影响， 需要采取相应的补偿措施以提高
激光加工技术在表面处理中的应用及其优势分析
激光加工技术在表面处理中的应用及其优势分析激光加工技术在表面处理中的应用及其优势激光加工技术是一种通过激光束进行材料加工的技术，包括切割、打孔、焊接、钻孔等。
在表面处理方面，激光加工技术已经被广泛应用于各种工业领域，如汽车、航空航天、电子、医疗器械等。
本文将从应用和优势两个方面对激光加工技术在表面处理中的应用进行详细分析。
一、激光加工技术在表面处理中的应用1. 表面清洁：激光加工技术可以通过激光热效应将污染物、氧化物等在瞬时高温下热解或蒸发掉，从而达到对表面进行清洁的效果。
这种表面清洁方法具有高效、无残留、无需使用化学药剂等优点，适用于对高精度表面的清洁。
2. 表面改性：激光加工技术通过控制激光能量和加工参数，可以在材料表面形成微细的纳米结构，从而改变表面的特性。
例如，在金属表面形成微细的孔洞结构，可以增加材料的吸光能力和光散射能力，从而提高材料的吸光率、光催化性能等。
此外，激光加工还可用于表面的硬化、弹性变形等改性处理。
3. 表面改良：激光加工技术可以通过在材料表面形成微细的凹凸结构，从而改变表面的光学、电学、磁学等性质，达到对表面的改良。
例如，激光加工可以通过在金属表面形成微细的蜂窝结构，增加金属的表面积，提高金属的阻氧性能和导电性能。
此外，激光加工还可以在材料表面形成纳米级的粗糙结构，增加材料表面的附着力。
4. 表面涂层：激光加工技术可以用于表面涂层的制备。
通过控制激光加工参数，可以将激光能量局部聚焦在材料表面，从而使涂料在激光照射下快速热化和固化。
这种激光加工方法具有高效、快速、均匀的特点，可以制备高质量的涂层。
二、激光加工技术在表面处理中的优势1. 高精度：激光加工技术具有非常高的定位精度和加工精度，可以对表面进行精确的控制和加工。
激光加工可以在微米到纳米级别上进行加工，实现对表面的高精度处理。
2. 高效率：激光加工技术具有高能量密度和高功率密度的特点，能够在瞬时内将材料加热至高温，实现快速加工。
(完整版)激光加工技术
又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一 连串的连锁反应，并且都朝同一个方前进,进而形成 集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几 乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的 方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿 透各种材料。
• 1.2 激光的特性
激光是一种经受激辐射产生的加强光，它具有 强度高、单色性好、相干性好和方向性好四大综合 性能。
•
Hale Waihona Puke 激光通过光学系统聚焦后可得到柱状或
带状光束，而且光束的粗细可根据加工需要调
整，当激光照射在工件的加工部位时，工件材
料迅速被熔化甚至气化。随着激光能量的不断
被吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压
力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来，
在工件内部形成方向性很强的冲击波。因此，
激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和
• 激光是通过入射光子影响处于亚稳态的较高能级 的原子、离子或分子跃迁到低能级时完成受激辐 射时发出的光，简言之，激光就是受激辐射得到 的加强光。
• 激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调 性和平行光束等3大特性。科学家在电管中以光或 电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物 质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当 这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会 射出光子（以光速运动具有一定能量的粒子）,以 放出多余的能量。这些被放出的光子
固体激光器常由 主体光泵（激励 源）及谐振腔 （由全反射镜、 半反射镜组成）、 工作物质（一些 发光材料如钇铝 石榴石、红宝石、 钕玻璃等）、聚 光器、聚焦透镜 等组成。图中激 光器的工作物质 为钇铝石榴石。
激光的强度和亮度之所以高，原因在于激光可 以实现光能在空间上和时间上的亮度集中。
激光加工技术及其应用(精)
激光加工技术及其应用概述:激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。
激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。
在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。
1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。
1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。
此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。
与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点(1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工;(2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;(3、工件不受应力,不易污染;(4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;(5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;(6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;(7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
2.基本原理激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。
科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。
当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。
这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。
由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。
激 光 加 工 技 术
激光
二十世纪四大发明——
半导体； 原子能；
计算机； 激光
激光加工技术
主要内容
1 激光的产生及其特性 2 激光加工的基本原理及特点 3 激光加工的基本设备 4 激光加工技术的应用
1.1激光的产生
光的产生与光源内部原子运动状态有关,原子内的原子核 和核外电子间存在着吸引和排斥的矛盾，电子按一定的 半径的轨道围绕原子核运动。当原子接受一定的外来能 量或向外释放一字的能量时，核外电子的运动轨道半径 将发生变化，即产生能级变化，这就是发光的原理。 激光是通过入射光子影响处于亚稳态高能纺的原子、离 子或分子跃迁到低能能而完成受激辐射时发出的光，简 言之，激光就是受激辐射得到的加强光。
5）容易实现自动化，加工效率高
提高打孔精度的措施
1）投影法打孔 2）光柱法打孔 3）激光脉冲的调制 4）喷气加工
4.2激光切割
激光切割 ◎激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、 成本低等优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。 ◎可以切割钢板、不锈钢、钛、钽、镍等金属材料，以及 布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。
2.2激光加工的特点
6）通用性强 用一台激光器改变不同的导光系统，可以处理各种形状和尺寸 的工件。也可以选择适当的加工条件，用同一台装置进行切割、 打孔、焊接和表面处理等多种加工。 7）节能节材 激光束的能量利用率为常规热加工工艺的10~1000倍，激光切割 可以节省材料15%~30%。 8）激光可通过光学透明介质（玻璃、空气、惰性气体和某些液体）对工件 进行加工。 不足点 激光加工是一种瞬时、局部的熔化和气化加工，影响因素多。因此， 微细加工时的重复加工精度和表面粗糙度不易保证。此外对具有高 热传导率材料的加工较困难。
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激光加工技术及其应用概述:激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。
激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。
在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。
1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。
1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。
此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。
与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点(1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工;(2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;(3、工件不受应力,不易污染;(4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;(5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;(6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;(7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
2.基本原理激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。
科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。
当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。
这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。
由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。
以红宝石激光器为例,它输出脉冲的总能量不够煮熟一个鸡蛋,但却能在3mm的钢板上钻出一个小孔。
激光拥有上述特性,并不是因为它有与别不同的光能,而是它的功率密度十分高,这就是激光能够被广泛应用的主要原因。
激光加工技术先进性激光的上述特性给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的优势。
由于激光加工是无接触加工,对工件无直接冲击,所以无机械变形。
激光加工过程中无刀具磨损,无切削力作用于工件;激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小,因此受其热影响的工件热变形小,后续加工量少。
激光束易于导向、聚焦,能够便捷地实现方向变换,使其极易与数控系统配合,对复杂的工件进行加工。
因此,它是一种极为灵活的加工方法,具备生产效率高、加工质量稳定可靠、经济效益和社会效益好等优点。
激光加工作为先进制造技术已广泛应用于航空、汽车、机械制造等国民经济重要部门,在提高产品质量、劳动生产率、自动化、降低污染和减少材料消耗等方面起到重要的作用。
激光切割激光切割一直是激光加工领域中最为活跃一项技术,它是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑,将材料快速加热至汽化温度,再用喷射气体吹化,以此分割材料。
脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,通过与计算机控制的自动设备结合,使激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改十分方便。
激光切割技术的出现使人类可以切割一些硬度极高的物质,包括硬质合金,甚至金刚石。
高科技已经让“削铁如泥”的传说变成了现实。
激光切割技术是激光加工技术应用的重要方面之一,广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高工件质量。
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的,与传统的板材加工方法相比,具有高切割质量、高切割速度、高柔性(可随意切割任意形状和广泛的材料适应性等优点。
目前激光加工在航天、汽车等领域的应用最为广泛,如众多航天发动机企业采用3D激光设备进行燃烧器段的高温合金材料切割;军民用航空器的铝合金材料或特殊材料的激光切割;奔驰、奥迪、宝马、VOLVO等众多著名汽车公司的轿车车身整体切割等,已经实现了常规加工无法达到的技术要求。
农机制造中会应用到较厚的金属材料,应用其他加工方法不但加工难度大,而且不能保证工件的精度。
利用激光切割技术即可切割极厚的金属板,而且切割光束点小,材质不易变形, 保证了加工工件的精密度。
此外,由于激光束易于导向,使激光切割能够加工复杂、不规则的几何图形;激光切割技术利用计算机进行制图排版,能够有效地节省材料,可大大降低农机制造成本。
激光焊接激光焊接是一种高速度、非接触、变形极小的焊接方式,非常适合大量而连续的在线加工。
随着激光设备和加工技术的发展,激光焊接的能力也在不断增强,其主要工作方式有两种:传导焊与穿透焊,目前以穿透焊工艺为主。
其应用主要分为以下3类。
1用于移动通讯,如手机电池的焊接,电容、仪器仪表元件的焊接。
这类焊接设备主要采用的是Nd:YAG 激光器。
2用于焊接钢板。
这种钢板多用于钢铁工业(如钢板在线拼焊、汽车板拼接焊以及多种壳形类零件的焊接。
3用于金刚石锯片的焊接。
由于金刚石锯片广泛用于基建工程、石材工业等领域,加之欧洲早已禁止使用热阻焊的金刚石锯片,取而代之的是利用CO2激光器将金刚石刀头焊接到锯片基体上,因此国内外对激光焊接金刚石锯片的需求日益猛增。
由于激光焊接系统不是定型产品,因此大多都是根据生产需求“量身定做”,这就保证了产品生产的标准化与高速化。
初期的激光焊接主要以单激光作为焊接热源,主要进行精密薄壁件的焊接加工。
近几年来,随着工业用激光器和激光技术的发展,尤其是千瓦级大功率固体激光器的出现,由于其极高的能量密度和柔性(可用光导纤维传输,使激光焊接技术进入了一个快速发展和应用阶段。
特别要指出的是近几年来以激光为核心的激光—电弧复合热源焊接技术的出现,使激光焊接技术不仅可以应用到薄板的高速焊接上,而且还可以进行中厚板的高速焊接;不仅适用于一般的碳钢材料焊接,也适用于能源、交通运输、航空航天、工程机械等领域使用的新型高性能材料(高性能不锈钢、高强铝合金、高强钢、钛合金、镁合金及镍基合金等的焊接,是减小构件的变形、提高质量和效率的最有效焊接方法之一。
此外,激光、激光填丝、激光-电弧复合技术还是材料的表面强化与改性的重要方法之一。
这些新技术都使得激光焊接技术的应用范围大大拓宽,目前国外已将这些新技术应用到了汽车、航空航天、造船等领域。
随着激光焊接技术的不断发展与应用面的不断扩大,迫切需要对激光焊接技术标准化进行研究,通过标准化手段,带动和引导激光焊接技术向规范、健康、环保的方向发展。
激光表面改性激光表面改性技术的研究始于20世纪60年代,随着60年代第一台红宝石激光器的诞生及70年代大功率激光器的成功研制,又由于激光在材料加工中的优点有能量传递方便、集中,加工时间短、速度快,无污染,操作简单,加工激光技术的应用日趋广泛。
激光表面改性技术是将现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多方面的成果和知识结合起来的高新技术。
激光表面改性技术是采用大功率密度的激光束以非接触性的方式加热材料表面,借助于材料表面本身传导冷却,使金属材料表面在瞬间(毫秒甚至微秒级被加热或熔化后高速冷却(可达104-108K/s,来实现其表面改性的工艺方法。
表面处理后使材料表面形成有一定厚度的能与本体冶金结合的、含有高度弥散的均匀细小的、具有极好的耐磨及耐蚀性的工作层。
激光处理无需淬火介质,处理后具有最小的变形,从而简化了后续加工工序。
激光表面改性主要包括激光硬化(激光淬火、激光表面合金化、激光熔覆等。
这些方法的目的和应用都是为了使工作面(各种钢材及铸铁零件表面获得基材无法达到或者需要太大代价才能得到的高硬度、高耐磨性以及高耐腐蚀性等性能,从而实现既节约成本,又满足工作要求的目的。
激光表面改性是局部改性处理的新方法,是未来工业应用潜力最大的表面改性技术之一,具有很大的技术经济效益,广泛应用于机械、电器、航空、兵器、汽车等制造行业。
利用激光处理技术在一些表面性能差和价格便宜的基体金属表面上能制出耐磨、耐蚀和耐高温的表面合金层,用以取代昂贵的整体合金,节约贵重金属和战略材料,使廉价材料获得应用,从而大幅度降低成本。
另外,还可用来研制新材料和代用材料,制造出在性能上与传统冶金方法根本不同的表面合金,应用在太空、高温和化学腐蚀环境条件下工作的机械零件上,激光表面处理技术已显现出具有广阔的应用和发展前景。
为了进一步发展这项技术应积极开展以下几项工作。
首先,要研制输出功率高、稳定性好、使用寿命长和结构简单的激光器。
另外,激光表面改性技术的原理、工艺需进一步地深入研究,以便为其发展和工业应用提供可靠的科学依据,最后应扩大改性技术的工业应用,特别是在大工业生产线上的应用。
尽管这些工作是相当艰巨的,但是促进高质量、低成本的材料表面改性技术的发展,提高企业的经济效益,已成为工业发展的重要方向之一,因而在工业应用中具有巨大的潜力。
激光抛光技术在宏观领域适用的传统抛光手段(主要是机械抛光,由于实现方式的单一化,很难扩展到微观领域。
其他的特种抛光技术如化学抛光、电化学(电解抛光、火焰抛光等等,在适用于微元器件表面处理上,要做到仅对微米范围内成形的微结构抛光,而对其他部位没有影响,确也勉为其难。
激光抛光,作为一种非接触性原理的抛光技术,则是可以想见成为微结构抛光工艺的重要技术手段。
激光抛光的必要性主要体现在以下几点。
1非接触式抛光。
接触式抛光在样品上施加了外力,样品在外力下容易破裂。
而非接触式激光抛光则不会对样品施加任何压力。
2去除了传统抛光技术( 如研磨抛光中的磨痕。
普通光学加工中采用砂粒研磨的方式,微小颗粒对玻璃表面有很小的刮痕,通过原子力显微镜等手段可以观察到这些刮痕。
刮痕深度可能达几十纳米,从而影响抛光质量。
采用激光抛光,可克服这一问题的产生。
3微区抛光。
微细加工领域,激光抛光也有着较大的应用潜力。
目前,一般的Si微器件、MEMS的制作,在微结构成形的时候,工艺方法自身就保证了表面精度,而不需要像宏观机械零件加工那样在切削处理后,还应进行表面研抛处理才能降低表面粗糙度。
但在特种微加工、特殊器件制作领域,初级成形结构的表面精度达不到使用要求,或者处于易损(折断或磨损应用场合的微器件,则要求进行微区抛光。
微结构由于线度的影响,采用其他宏观大面积抛光处理方法很难实现工作,而激光束的精细聚焦、柔性变换等特征,可以充分满足微结构的抛光处理要求。
4选区抛光。
复杂微结构材料制备中,往往需要对选定的区域进行表面处理,而需处理和待处理的区域根据设计要求又往往交错在一起,这就需要相应的作用区域用可控的抛光技术来处理,对选定的区域进行局部抛光。