CN101128616A - 脉冲激光沉积方法 - Google Patents
脉冲激光沉积方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101128616A CN101128616A CNA2006800057164A CN200680005716A CN101128616A CN 101128616 A CN101128616 A CN 101128616A CN A2006800057164 A CNA2006800057164 A CN A2006800057164A CN 200680005716 A CN200680005716 A CN 200680005716A CN 101128616 A CN101128616 A CN 101128616A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- main body
- laser
- coating
- metal
- ablation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于涂层金属、玻璃、岩石或塑料的主体的方法，其中：该主体通过激光烧蚀涂层，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以产生具有尽可能规则质量的表面。本发明还涉及由该方法生产的产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于脉冲激光烧蚀沉积(PLD-脉冲激光沉积)的方法，并涉及一种针对为涂层运动基片，通过烧蚀运动目标，生产最优表面质量的产品。
背景技术
该激光技术近年来已取得相当大的进展，并且目前，基于半导体纤维的激光系统能够以尚好的效率生产，例如用于冷烧蚀。这种旨在用于冷烧蚀的激光器包括皮秒激光器和飞秒激光器。例如，就皮秒激光器而言，冷烧蚀范围意味着具有100皮秒或更小周期的脉冲长度。对于其脉冲周期及其重复频率，皮秒激光器均与飞秒激光器不同，最新的商用皮秒激光器具有1-4MHz范围的重复频率，而飞秒激光器仅以千赫兹测量的重复频率操作。在最优的情况中，冷烧蚀实现了烧结材料而且烧蚀的材料完全不会承受热传递，换言之，每个脉冲烧蚀的材料只接受脉冲能量。
除了完全基于纤维的二极管泵浦(diode-pumped)半导体激光器外，存在竞争的灯泵浦(lamp-pumped)激光器源，其中：激光束首先被定向到纤维，并从那里到工作位置。根据申请人在本发明优先权日期前的信息，这些基于纤维的激光系统目前是提供任何工业尺寸的基于激光烧蚀的产品的唯一装置。
目前的纤维激光器的纤维和因此受限的微聚束效应致使对能够烧蚀的材料选择的限制。铝能够以如此合理的脉冲效果被烧蚀，而诸如铜、钨等的不易烧蚀的材料需要明显更高的脉冲效应。
第二现有技术特征包括激光束的扫描宽度。线性扫描通常用于镜面膜扫描器，典型地产生30mm-70mm范围内的扫描线宽度。
截止本申请的优选权日，就申请人所知，已知的用于冷烧蚀的脉冲激光设备的功率仅为10W级。在这种情况中，皮秒激光取得约4MHz的脉冲频率。然而，冷烧蚀用的第二脉冲激光器仅能实现千赫兹测量的脉冲频率，其操作速度低于例如多种切割应用中的皮秒激光器的操作速度。
尤其在涂层应用中，冷烧蚀激光器的成功使用始终需要高真空值，典型地至少10-6气压。气态材料的量越大，由自基片烧蚀的材料形成的材料等离子扇(material plasma fan)的质量就越弱和越差。采用充分的真空级，这种材料等离子扇将具有约30mm-70mm的高度，参见美国专利说明书6,372,103。
发明内容
本发明涉及一种用于对由金属、石头、玻璃或塑料制成的主体进行涂层的方法，其中：该主体通过激光烧蚀涂层，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以产生具有尽可能规则质量的表面。
本发明还涉及已通过激光烧蚀涂层的由金属、石头、玻璃或塑料制成的主体，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以产生具有尽可能规则质量的表面。
本发明基于惊人的发现：如果将被涂层的物体(基片)在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动时，具有平面或任何三维尺寸设计的由金属、塑料、石头或玻璃制成的主体能够被规则质量地涂层。通过使用激光烧蚀，本发明在这种主体上实现了DLC涂层、金属涂层和金属氧化物涂层的沉积。
附图说明
图1显示了在将被烧蚀材料上热烧蚀和冷烧蚀的效果。
图2显示了根据本发明涂层的多种医疗仪器。
图3显示了根据本发明涂层的多种医疗仪器。
图4显示了根据本发明涂层的多种光学产品。
图5显示了根据本发明生产的材料等离子扇。
图6显示了本发明的涂层方法。图显示了将被涂层的主体(基片)相对于材料等离子扇(17)的运动(16)的方向。将被涂层的主体和目标(将烧蚀)之间的距离为70mm，并且激光束在目标材料体上的入射角度是倾斜的。
具体实施方式
本发明涉及一种用于对由金属、玻璃或塑料制成的主体涂层的方法，其中：该主体通过激光烧蚀涂层，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以生产尽可能规则质量的表面。
在这种上下文范围内，主体代表多种平面和三维结构。这种结构包括多种金属产品及其涂层，诸如，屋顶薄钢板、内装饰和建筑物板、模具和窗户框架；厨房洗碗池、水龙头、烘箱、金属硬币、珠宝、工具及其部件；轿车和其它车辆的发动机和这些发动机的部件、轿车和其它车辆的金属镀和着色金属涂层；用于船舶、艇和飞机中的金属镀主体，飞机涡轮和燃烧发动机；轴承；叉、刀和匙；剪刀、鞘刀、旋转刀片、锯和所有类型的金属镀刀具、螺丝和螺母；用于化工中的金属加工装置，诸如金属镀反应器、泵、蒸馏塔、容器和框架结构；油、汽和化学管道和多种阀和控制单元；油钻探设备中的部件和刀具；输水管道；武器及其部件、子弹和弹壳；易受磨损的金属喷嘴，诸如造纸机中易受磨损的部件，例如，用于应用涂层糊的装置；雪铲、锹和运动场玩具中的金属部件；路边护拦、交通标识和交通杆；金属罐和容器；手术仪器、人造关节和移植物和仪器；易受氧化和其它磨损的电子设备的金属部件、照相机的金属部件和玻璃与塑料镜头，和飞船，包括其承受摩擦和强热的内层溶液(lining solution)。
根据本发明生产的物品还可包括：耐腐蚀化学化合物的涂层和三维材料；自清洁表面；和多种透镜溶液中的深层抗反射表面，例如用于净化水、溶液或空气的UV保护涂层和UV活性涂层。
根据本发明，在通过氧化的最后涂层生产前，通过加入颜料或着色剂，石头材料能够染上期望的颜色。这种用于着色石头产品的涂层能够通过根据本发明的激光烧蚀生产。通过烧蚀金属氧化物或氧化状态的金属，还可以在石头材料上生产自清洁二氧化钛涂层，或例如的强化和防划氧化铝涂层。这产生了耐久的石头物品，如果期望，其是自清洁并且甚至具有可调节颜色。例如，砂石极易被煤烟弄脏，并且为此原因，特别地在建筑物前部上使用的砂石上的自清洁涂层具有很大的经济效果。
在本发明的一个实施例中，该石材可以是任何天然的石头，或也可以是陶瓷。典型的将被涂层的石料类型是正面履层石头，诸如大理石和砂石，但本方法也适用于其它石头类型的涂层，诸如花岗岩、片麻岩、石英岩、粘土岩等。
金刚石涂层可防止金属氧化并且从而其装饰或其它功能破坏。此外，金刚石表面保护下层不受酸和碱影响。本发明的金刚石涂层不仅保护了下层免受机械磨损，也防止化学反应。该金刚石涂层防止了金属氧化，并且从而其装饰或其它功能的破坏。装饰金属镀在一些应用是期望的。根据本发明的可用作特殊装饰目的的金属和金属化合物包括：金；银；铬；铂；钽；钛；铜；锌；铝；铁；钢；锌黑；钌黑；钴；钒；氮化钛；氮化钛铝(titanium aluminium nitride)；TiCN(titaniumcarbon nitride)；氮化锆；氮化铬；三元层状碳化物(titanium siliconcarbide)；和碳化铬。这些化合物也自然产生其它属性，诸如耐磨损涂层或提供抑制氧化或其它化学反应的罩的涂层。
此外，本发明的一些优选实施例实现了在各种玻璃和塑料产品(透镜、大型显示器罩、车辆中的窗玻璃和不动产、实验室和家用玻璃)中产生坚固和无划痕表面。在这种范围中，特别优选的光涂层包括MgF2，SiO2，TiO2，Al2O3。
在本发明的特别优选的实施例中，通过用脉冲激光器的激光烧蚀执行涂层。用于这种激光烧蚀的激光装置优选地包括冷烧蚀激光器，诸如皮秒激光器。
该装置还可以包括飞秒激光器，然而，皮秒激光器更有利地用于涂层。
涂层优选地在10-6-10-12的气压真空度下执行。
在本发明的优选实施例中，通过使将被涂层的主体接连经过两个或多个材料等离子扇以执行涂层。这增加了涂层速度并生产更适合工业应用的涂层加工。将被涂层结构和目标之间的典型距离是30mm-100mm，优选地35mm-50mm。
在本发明的特别有利的实施例中，目标和将被涂层的主体之间的距离在整个烧蚀期间保持大致恒定。
特别优选的目标材料包括：石墨；烧结碳；金属；金属氧化物；和聚硅氧烷。石墨或碳的烧蚀允许生成类似金刚石的碳(DLC)涂层，或具有更高sp3/sp2比率的金钢石涂层。
如果目标材料是金属，金属优选地是铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
如果期望生产金属氧化物涂层，这能够通过金属氧化物的直接烧蚀进行。在本发明的第二实施例中，金属氧化物涂层能够通过在包含氧的气体氛围中烧结金属而生产。该氧可包括普通氧或活性氧。在本发明的这种实施例中，气体氛围包括氧和稀有气体，优选地氦或氩，最有利地是氦。
本发明还涉及由金属、塑料或玻璃制成的主体，该主体已由激光烧蚀涂层，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以实现尽可能规则质量的表面。
通过利用脉冲激光器的激光烧蚀，这种主体优选地已被涂层。用于烧蚀的激光装置则优选地是冷烧蚀激光器，诸如皮秒激光器。
本发明的主体优选地在10-6-10-12的气压真空度下涂层。
在本发明的进一步优选的实施例中，通过使将被涂层的塑料外壳与/或透镜连续经过两个或多个材料等离子扇，主体被涂层。将被涂层的结构和目标之间的典型距离是30mm-100mm，优选地35mm-50mm。
在本发明的特别有利的实施例中，在整个烧蚀期间，通过保持目标和将被涂层的结构之间的距离大致恒定而对主体涂层。多个优选的目标材料包括：石墨；烧结碳；金属；金属氧化物；和聚硅氧烷。优选的金属包括铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
通过在导入氧气的气体氛围中烧蚀金属，该主体也能够涂有氧化层。这种气体氛围包括氧和稀有气体，优选地氦或氩，更有利地是氦。
实例
在下面描述本发明的方法和产品，不会将本发明限制为给定的实例。使用两个由Corelase Oy公司制造的X-lase 10W皮秒激光器和由Corelase Oy公司制造的X-lase 10W皮秒激光器产生涂层。脉冲能量指入射在1平方厘米的区域上的脉冲能量，其利用光学器件集中在期望尺寸的区域上。
实例1
在这个实施例中，聚碳酸酯板被涂以金钢石涂层(烧结碳的)。该激光装置具有如下性能参数：
功率：10W
重复频率：4MHz
脉冲能量：2.5μJ
脉冲周期：20ps
目标和基片之间的距离：35mm
真空级：10-7
该聚碳酸酯板从而被涂以厚度约200nm的DLC涂层。
实例2
在这个实施例中，由roster制成的接骨螺钉覆盖着钛涂层。该激光装置具有如下性能参数，并且涂层由烧蚀烧结碳生产：
功率：10W
重复频率：4MHz
脉冲能量：2.5μJ
脉冲周期：20ps
目标和基片之间的距离：37mm
真空级：10-8
如此生产的金刚石涂层(DLC)具有约100nm的厚度。
实例3
在这个实例中，玻璃件和聚碳酸酯板覆盖着二氧化钛涂层。该激光装置具有如下性能参数：
功率：10W
重复频率：4MHz
脉冲能量：2.5μJ
脉冲周期：20ps
目标和基片之间的距离：35mm
真空级：10-8
在玻璃件和聚碳酸酯板上均产生具有约10nm的厚度的透明二氧化钛涂层。
实例4
在这个实例中，大理石被涂以二氧化钛(titanium dioxide)涂层。该激光装置具有如下性能参数，并且涂层直接通过烧蚀二氧化钛生产：
功率：10W
重复频率：4MHz
脉冲能量：2.5μJ
脉冲周期：20ps
目标和基片之间的距离：28mm
真空级：10-6
大理石板主体上产生具有约100nm的厚度的二氧化钛。
实例5
在这个实例中，大理石被覆盖以金刚石涂层。为去除石头中包含的多数湿气，该石头在炉(110C°)中干燥约一个小时。该激光装置具有如下性能参数，并且涂层直接通过烧蚀烧结碳生产。
功率：10W
重复频率：4MHz
脉冲能量：2.5μJ
脉冲周期：20ps
目标和基片之间的距离：30mm
真空级：10-6
大理石板主体上产生具有约200nm厚度的金刚石涂层。大理石的浅色改变为浅褐色底纹，以便：天然石图案可经过如此形成的着色涂层看到。
实例6
在这个实例中，未处理的砂石覆盖有二氧化钛。该激光装置具有如下性能参数，并且涂层通过直接烧蚀二氧化钛生产：
功率：10W
重复频率：4MHz
脉冲能量：2.5μJ
脉冲周期：20ps
目标和基片之间的距离：30mm
真空级：10-6
砂石上产生平均厚度约为60nm的二氧化钛涂层。
Claims (22)
1.一种用于对金属、玻璃、岩石或塑料的主体涂层的方法，其特征在于：所述主体通过激光烧蚀涂层，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以实现具有尽可能规则质量的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激光烧蚀使用脉冲激光器执行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：用于烧蚀的激光装置是冷烧蚀激光器，诸如皮秒激光器。
4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于：激光烧蚀在10-6-10-12的大气压力真空度下执行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过使将被涂层的主体接连经过两个或多个材料等离子扇来执行涂层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：将被涂层的主体与目标之间的距离在30mm到100mm的范围内，优选地35mm到50mm。
7.根据权利要求1和6所述的方法，其特征在于：目标和将被涂层的主体之间的距离在整个烧蚀期间保持大致恒定。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述目标材料是石墨、烧结碳、金属、金属氧化物或聚硅氧烷。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述金属是铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
10.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：通过将氧气引导入真空腔的气体氛围中，在将被涂层的结构上形成氧化物涂层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述气体气围包括氧和稀有气体，优选地氦或氩，最有利地氦。
12.金属、玻璃或塑料的主体，其特征在于：所述主体通过激光烧蚀涂层，其中：主体在从移动目标烧蚀的材料等离子扇中移动，以生产具有尽可能规则质量的表面。
13.根据权利要求12所述的塑料体，其特征在于：所述激光烧蚀使用脉冲激光器执行。
14.根据权利要求13所述的主体，其特征在于：用于激光烧蚀的激光装置是冷烧蚀激光器，诸如皮秒激光器。
15.根据权利要求12-14所述的主体，其特征在于：所述激光烧蚀在10-6-10-12的大气压力真空度下执行。
16.根据权利要求12所述的主体，其特征在于：通过使主体接连经过两个或多个材料等离子扇来执行涂层。
17.根据权利要求16所述的主体，其特征在于：主体与目标之间的距离在30mm到100mm，优选地35mm到50mm。
18.根据权利要求12和17所述的主体，其特征在于：目标与将被涂层的主体之间的距离在整个烧蚀期间保持大致恒定。
19.根据权利要求12所述的主体，其特征在于：目标材料是石墨、烧结碳、金属、金属氧化物或聚硅氧烷。
20.根据权利要求19所述的主体，其特征在于：所述金属是铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
21.根据权利要求12或19所述的主体，其特征在于：通过将氧气引导入真空腔的气体氛围中，已在将被涂层的结构上形成氧化物涂层。
22.根据权利要求10所述的主体，其特征在于：所述气体氛围包括氧和稀有气体，优选地氦或氩，最有利地氦。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20050216A FI20050216A0 (fi) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Menetelmä valmistaa timanttia, muita jalokiviä, kuten safiiria, rubiinia jne. ja suorittaa näillä pinnoituksia sekä suorittaa pinnoituksia muilla aineilla, kuten boriideillä, oksideillä, nitrideillä jne. |
| FI20050216 | 2005-02-23 | ||
| FI20050559 | 2005-05-26 | ||
| FI20050558 | 2005-05-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101128616A true CN101128616A (zh) | 2008-02-20 |
Family
ID=34224245
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA200680005909XA Pending CN101128748A (zh) | 2005-02-23 | 2006-02-23 | 包括可拆卸光学产品的工件和制造该工件的方法 |
| CNA2006800057164A Pending CN101128616A (zh) | 2005-02-23 | 2006-02-23 | 脉冲激光沉积方法 |
| CNA2006800058133A Pending CN101128617A (zh) | 2005-02-23 | 2006-02-23 | 脉冲激光沉积方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA200680005909XA Pending CN101128748A (zh) | 2005-02-23 | 2006-02-23 | 包括可拆卸光学产品的工件和制造该工件的方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2006800058133A Pending CN101128617A (zh) | 2005-02-23 | 2006-02-23 | 脉冲激光沉积方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (3) | CN101128748A (zh) |
| FI (1) | FI20050216A0 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103402940A (zh) * | 2011-03-08 | 2013-11-20 | 法国圣戈班玻璃厂 | 用于获得提供有涂层的基材的方法 |
| CN103540899A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-01-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种脉冲激光沉积制备纳米银/二氧化硅复合结构涂层的方法 |
| CN104093676A (zh) * | 2012-02-08 | 2014-10-08 | 利兹大学 | 新型材料 |
| CN106029942A (zh) * | 2014-02-21 | 2016-10-12 | 索尔玛特斯有限责任公司 | 通过脉冲激光沉积来沉积材料的设备以及利用该设备沉积材料的方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG190061A1 (en) * | 2010-12-01 | 2013-06-28 | Novartis Ag | Lens molds having atmospheric plasma coatings thereon |
| US9246299B2 (en) * | 2011-08-04 | 2016-01-26 | Martin A. Stuart | Slab laser and amplifier |
-
2005
- 2005-02-23 FI FI20050216A patent/FI20050216A0/fi not_active Application Discontinuation
-
2006
- 2006-02-23 CN CNA200680005909XA patent/CN101128748A/zh active Pending
- 2006-02-23 CN CNA2006800057164A patent/CN101128616A/zh active Pending
- 2006-02-23 CN CNA2006800058133A patent/CN101128617A/zh active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103402940A (zh) * | 2011-03-08 | 2013-11-20 | 法国圣戈班玻璃厂 | 用于获得提供有涂层的基材的方法 |
| CN103402940B (zh) * | 2011-03-08 | 2016-09-28 | 法国圣戈班玻璃厂 | 用于获得提供有涂层的基材的方法 |
| CN104093676A (zh) * | 2012-02-08 | 2014-10-08 | 利兹大学 | 新型材料 |
| CN104093676B (zh) * | 2012-02-08 | 2018-04-10 | 利兹大学 | 新型材料 |
| CN103540899A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-01-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种脉冲激光沉积制备纳米银/二氧化硅复合结构涂层的方法 |
| CN103540899B (zh) * | 2013-11-05 | 2015-06-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种脉冲激光沉积制备纳米银/二氧化硅复合结构涂层的方法 |
| CN106029942A (zh) * | 2014-02-21 | 2016-10-12 | 索尔玛特斯有限责任公司 | 通过脉冲激光沉积来沉积材料的设备以及利用该设备沉积材料的方法 |
| CN106029942B (zh) * | 2014-02-21 | 2019-05-28 | 索尔玛特斯有限责任公司 | 通过脉冲激光沉积来沉积材料的设备以及利用该设备沉积材料的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101128617A (zh) | 2008-02-20 |
| FI20050216A0 (fi) | 2005-02-23 |
| CN101128748A (zh) | 2008-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5437640B2 (ja) | 高品質の表面を製造するための方法および高品質の表面を有する製品 | |
| JP5203226B2 (ja) | コーティング方法 | |
| KR101565099B1 (ko) | 타겟의 광자 융발을 위한 방법 및 장치 | |
| JP5091686B2 (ja) | パルスレーザ蒸着方法 | |
| JP2009527644A5 (zh) | ||
| JP2009527642A5 (zh) | ||
| CN101128616A (zh) | 脉冲激光沉积方法 | |
| JP5237122B2 (ja) | ガラス基材の塗装方法及び塗装されたガラス製品 | |
| US20080160295A1 (en) | Method for adjusting ablation threshold | |
| KR20090003255A (ko) | 탄소 질화물 코팅 및 탄소 질화물 코팅된 제품 | |
| US20100181706A1 (en) | Radiation Arrangement | |
| US20090166343A1 (en) | Method for Producing Surfaces and Materials by Laser Ablation | |
| WO2009066011A2 (en) | Surface processing method | |
| RU2467092C2 (ru) | Способ нанесения покрытия и металлическое изделие, снабженное покрытием | |
| RU2425908C2 (ru) | Способ нанесения покрытия с помощью импульсного лазера и объект с покрытием, нанесенным этим способом | |
| FI124360B (fi) | Kuitualustalle päällystäminen ja päällystetty kuitutuote | |
| FI124358B (fi) | Lasisubstraatin päällystäminen ja päällystetty lasituote | |
| FI124357B (fi) | Kivi- tai keramiikkasubstraattien päällystäminen ja päällystetty kivi- tai keramiikkatuote |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080220 |