CN105798454B - 一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法，先将工业纯钛TA1表面抛光，然后搭建光路，光路包括纳秒激光器，纳秒激光器输出光经过反射镜使光路转90°，反射光依次经过小孔光阑、分光棱镜、快门、聚焦透镜垂直照射在移动载物台的加工工位上，纳秒激光器、快门、移动载物台和电脑连接，再利用电脑调节纳秒激光器输出激光参数，将抛光的工业纯钛固定在移动载物台加工工位上，经纳秒激光照射，利用电脑控制移动载物沿水平方向移动得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构，本发明利用钛材料热作用下的裂纹产生以及微结构可调控激光传播特性的特点，操作简单，加工效率高。

Description

一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法
技术领域
本发明属于微纳米结构制备及激光微细加工技术领域，特别涉及一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法。
背景技术
目前，为了在材料表面制备微纳米结构来提高材料表面抗反射性及疏水性，采用化学腐蚀、机械加工、反应离子蚀刻及激光微槽刻蚀或者诱导纳米波纹。其中，化学腐蚀对表面结构可控性差，机械加工的表面结构尺寸大，而反应离子刻蚀成本高，这些缺点是限制其发展的重大原因。而激光加工，由于其加工精度高，尺寸小的特点，已经广泛应用到了半导体、金属及绝缘材料上面。传统激光烧蚀有些衍射极限，刻蚀得到的微槽或者微孔尺寸一般都在10μm左右，而超快激光诱导一般得到的表面都是1μm以下。利用传统烧蚀及激光诱导很难同时得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法，能够同时得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构，操作简单，加工效率高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法，包括以下步骤：
1)将工业纯钛TA1 8表面抛光至表面粗糙度在100-120nm；
2)搭建光路，光路包括纳秒激光器1，纳秒激光器1输出光经过反射镜2使光路转90°，反射光依次经过小孔光阑3、分光棱镜4、快门6、聚焦透镜7垂直照射在移动载物台9的加工工位上，纳秒激光器1、快门6、移动载物台9和电脑10连接，利用分光棱镜4和功率计5组合检测激光功率，同时电脑10控制快门6进而控制光路的通断，通过小孔光阑3调节通光孔大小，采用焦距为100mm的聚焦透镜7用于纳秒激光器输出激光的聚焦，最后使烧蚀点离聚焦透镜7的焦距离为4mm，得到透过聚焦透镜7的烧蚀光斑半径为70-75μm；
3)利用电脑10调节纳秒激光器1输出激光波长为532nm，重频为100Hz，脉宽为10ns，使激光功率为15mW；
4)将抛光的工业纯钛(TA1)8固定在移动载物台9加工工位上，并且经纳秒激光照射，利用电脑10控制移动载物台9沿水平方向移动，速度为0.004-0.02mm/s，即得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构。
本发明的有益效果：利用钛材料热作用下所产生的裂纹以及裂纹引起的光自陷，从而引起裂纹进一步扩展得到微米结构；同时，微结构在激光照射下发生融化，使其表面曲率发生变化，表面曲率的变化会造成激光能量周期性的分布，进而形成纳米结构。因此，本发明方法仅仅需要纳秒激光辐照钛材料表面即可得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构，操作简单，加工效率高。本方法得到的复合结构可以降低材料表面对光的反射率，可用于航天航空领域。
附图说明
图1为纳秒激光加工示意图。
图2为实施例1扫描速度为0.02mm/s的结果图。
图3为实施例2扫描速度为0.01mm/s的结果图。
图4为实施例3扫描速度为0.004mm/s的结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法，包括以下步骤：
1)将工业纯钛TA1 8表面抛光至表面粗糙度在100-120nm；
2)搭建光路，参照图1，光路包括纳秒激光器1，纳秒激光器1输出光经过反射镜2使光路转90°，反射光依次经过小孔光阑3、分光棱镜4、快门6、聚焦透镜7垂直照射在移动载物台9的加工工位上，纳秒激光器1、快门6、移动载物台9和电脑10连接，利用分光棱镜4和功率计5组合检测激光功率，同时电脑10控制快门6进而控制光路的通断，通过小孔光阑3调节通光孔大小，采用焦距为100mm的聚焦透镜7用于纳秒激光器输出激光的聚焦，最后使烧蚀点离聚焦透镜7的焦距离为4mm，得到透过聚焦透镜7的烧蚀光斑半径为70-75μm；
3)利用电脑10调节纳秒激光器1输出激光波长为532nm，重频为100Hz，脉宽10ns，使激光功率在15mW；
4)将抛光的工业纯钛TA18固定在移动载物台9加工工位上，并且经纳秒激光照射，利用电脑10控制移动载物台9沿水平方向移动，速度为0.02mm/s，即得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构。
本实施例的效果：参照图2，所得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构，复合结构表面比较光滑。
实施例2
将实施例1步骤4)中的移动载物台沿水平方向移动，速度变为0.01mm/s，得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构，参照图3，复合结构表面棱角初显分明。
实施例3
将实施例1步骤4)中的移动载物台沿水平方向移动，速度变为0.004mm/s，得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构，参照图4，复合结构表面棱角分明。

Claims (1)

1.一种利用纳秒激光诱导裂纹制备微纳米复合结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将工业纯钛TA1(8)表面抛光至表面粗糙度在100-120nm；
2)搭建光路，光路包括纳秒激光器(1)，纳秒激光器(1)输出光经过反射镜(2)使光路转90°，反射光依次经过小孔光阑(3)、分光棱镜(4)、快门(6)、聚焦透镜(7)垂直照射在移动载物台(9)的加工工位上，纳秒激光器(1)、快门(6)、移动载物台(9)和电脑(10)连接，利用分光棱镜(4)和功率计(5)组合检测激光功率，同时电脑(10)控制快门(6)进而控制光路的通断，通过小孔光阑(3)调节通光孔大小，采用焦距为100mm的聚焦透镜(7)用于纳秒激光器输出激光的聚焦，最后使烧蚀点离聚焦透镜(7)的焦距离为4mm，得到透过聚焦透镜(7)的烧蚀光斑半径为70-75μm；
3)利用电脑(10)调节纳秒激光器(1)输出激光波长为532nm，重频为100Hz，脉宽为10ns，使激光功率为15mW；
4)将抛光的工业纯钛TA1(8)固定在移动载物台(9)加工工位上，并且经纳秒激光照射，利用电脑(10)控制移动载物台(9)沿水平方向移动，速度为0.004-0.02mm/s，即得到5μm以下的微米结构与1μm以下的纳米结构结合的表面复合结构。
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