CN204504508U - 一种激光背面焊接制备正面微纳结构的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种激光背面焊接制备正面微纳结构的装置，包括圆柱筒形工作台、线圈、基板夹持机构、扫描聚焦透镜和XY两轴激光振镜；圆柱筒形工作台内部中空，上表面为工作面，工作面上放置有待制备微纳结构的基板，所述基板通过基板夹持机构夹持固定；所述工作面上设置有一圆孔，所述圆孔上安装有全透保护镜片；所述线圈沿圆柱筒形工作台的圆周方向缠绕，用于在通电时产生与基板垂直的竖直方向磁场；所述圆柱筒形工作台的侧面设置有一激光入射孔，扫描聚焦透镜和XY两轴激光振镜均安装在圆柱筒形工作台的内部中空腔内。本实用新型利用磁场和激光束复合，实现了微、纳米尺度磁性材料颗粒的自组装和装配，相比传统方法更加灵活，可控性好。
Description
技术领域
本实用新型属于激光加工领域，具体涉及一种激光背面焊接制备正面微纳结构的装置。
背景技术
磁性是物质的一种基本属性。磁性材料是具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。
磁性粉末的尺寸从毫米、微米直至纳米均可制备，颗粒形态可以是球状、片状、针状等等。磁性粉末的生产方法通常按转变的作用原理分为机械法和物理化学法两类，既可从固、液、气态金属直接细化获得，又可从其不同状态下的金属化合物经还原、热解、电解而转变制取。难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物一般可直接用化合或还原一化合方法制取。因制取方法不同，同一种粉末的形状、结构和粒度等特性常常差别很大。粉末的制取方法很多种，其中应用最广的是还原法、雾化法、电解法。
激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
XY两轴激光振镜一般包括两块垂直安装、由伺服电机驱动的一对激光平面反射镜(分别称为X、Y轴激光平面反射镜)，X、Y轴激光平面反射镜的转动使工作平面上的激光聚焦光斑分别在X、Y轴上移动，两个镜面协同动作使激光聚焦光斑可以在工作平面上完成直线和各种曲线的移动，光束入射角与像面上的光斑位置满足线性关系，从而通过控制入射光束的扫描角来控制光斑在像面上的位置。扫描聚焦透镜(又称为F-theta物镜或远心透镜)一般安装在XY两轴激光振镜之后，对XY两轴激光振镜输出的光束聚焦后作用于待加工对象上。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光背面焊接制备正面微纳结构的装置，采用该装置可以方便的实现图形化磁性微纳结构的制造。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种激光背面焊接制备正面微纳结构的装置，包括圆柱筒形工作台、线圈、基板夹持机构、扫描聚焦透镜和XY两轴激光振镜；
所述圆柱筒形工作台内部中空，上表面为工作面，工作面上放置有待制备微纳结构的基板，所述基板通过基板夹持机构夹持固定；所述工作面上设置有一圆孔，所述圆孔上安装有全透保护镜片；所述线圈沿圆柱筒形工作台的圆周方向缠绕，用于在通电时产生与基板垂直的竖直方向磁场；所述圆柱筒形工作台的侧面设置有一激光入射孔，扫描聚焦透镜和XY两轴激光振镜均安装在圆柱筒形工作台的内部中空腔内；
外部激光束从激光入射孔水平入射至XY两轴激光振镜，经XY两轴激光振镜的反射后垂直入射至扫描聚焦透镜，激光束经扫描聚焦透镜聚焦后透过全透保护镜片输出聚焦光斑至基板的背面。
本实用新型利用磁场和激光束复合，实现了微、纳米尺度磁性材料颗粒的自组装和装配，相比传统方法更加灵活，可控性好，采用该装置可以方便的实现微纳米粒子功能结构的三维构造。
本实用新型通过磁场来控制磁性材料颗粒按照竖直磁力线有序排列(比如是长棒状颗粒将会全部竖立起来有序排列)，由于磁场的调控非接触、十分灵活简易，故图形化微纳结构的精细构造很精确可控，各种磁性材料颗粒的平行直线、曲线排布均可实现，另外激光束的扫描轨迹使得仅仅扫描轨迹上的颗粒被焊接，进一步实现了微纳结构的整体图形化。
附图说明
图1为本实用新型所述激光背面焊接制备正面微纳结构的装置图；
图中各标号的含义如下：
圆柱筒形工作台1、线圈2、基板夹持机构3、扫描聚焦透镜4、XY两轴激光振镜5、圆孔6、激光入射孔7、基板8、磁性材料颗粒9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型提供的激光背面焊接制备正面微纳结构的装置，包括圆柱筒形工作台1、线圈2、基板夹持机构3、扫描聚焦透镜4和XY两轴激光振镜5；
所述圆柱筒形工作台1内部中空，上表面为工作面，工作面上放置有待制备微纳结构的基板8，所述基板8需要通过基板夹持机构3夹持固定，防止其在加工过程中发生位置变化。
线圈2沿圆柱筒形工作台1的圆周方向缠绕，用于在通电时产生与基板8垂直的竖直方向磁场。
所述工作面上设置有一圆孔6，所述圆孔6上安装有全透保护镜片。所述圆柱筒形工作台1的侧面设置有一激光入射孔7，扫描聚焦透镜4和XY两轴激光振镜5均安装在圆柱筒形工作台1的内部中空腔内；
其中，XY两轴激光振镜5包括垂直安装、由伺服电机驱动的一对激光平面反射镜(分别称为X、Y轴激光平面反射镜)。
外部激光束从激光入射孔7水平入射至XY两轴激光振镜5，经XY两轴激光振镜5的反射后垂直入射至扫描聚焦透镜4，激光束经扫描聚焦透镜4聚焦后透过全透保护镜片输出聚焦光斑至基板8的背面。
XY两轴激光振镜5中X、Y轴激光平面反射镜的转动使激光聚焦光斑分别在X、Y轴上移动，两个镜面协同动作使激光聚焦光斑可以在基板8的背面完成直线和各种曲线的移动，光束入射角与像面上的光斑位置满足线性关系，从而通过控制入射光束的扫描角即可来控制光斑的位置。
上述激光背面焊接制备正面微纳结构的装置使用时必须如图1所示的方式放置，不能倒置或倾斜。其具体工作原理和过程为：
将基板8通过基板夹持机构3夹持固定在圆柱筒形工作台1的工作面上；并在基板8表面放置一定厚度的微、纳米尺寸的磁性材料颗粒9(要求基板和磁性材料颗粒选择合适的材料体系，使得基板的熔点至少高于磁性材料颗粒的熔点100摄氏度以上)，之后将线圈2通电，施加磁场，使得磁性材料颗粒9在基板8表面按照磁场的磁力线有序排列；之后，输入激光束，激光束经XY两轴激光振镜5反射以及扫描聚焦透镜4聚焦后透过全透保护镜片输出聚焦光斑至基板8的背面，激光束辐照处吸收激光能量而发生极速升温，使得基板8的背面被辐照的区域不发生熔化或仅仅薄层熔化；对应基板8的正面微小区域由热传导而经历极速加热和极速冷却，使得磁性材料颗粒表面仅仅部分熔化，冷却后实现磁性材料颗粒9与基板8的焊接。
本实用新型可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本实用新型的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (1)
1.一种激光背面焊接制备正面微纳结构的装置，其特征在于，包括圆柱筒形工作台(1)、线圈(2)、基板夹持机构(3)、扫描聚焦透镜(4)和XY两轴激光振镜(5)；
所述圆柱筒形工作台(1)内部中空，上表面为工作面，工作面上放置有待制备微纳结构的基板(8)，所述基板(8)通过基板夹持机构(3)夹持固定；所述工作面上设置有一圆孔(6)，所述圆孔(6)上安装有全透保护镜片；所述线圈(2)沿圆柱筒形工作台(1)的圆周方向缠绕，用于在通电时产生与基板(8)垂直的竖直方向磁场；所述圆柱筒形工作台(1)的侧面设置有一激光入射孔(7)，扫描聚焦透镜(4)和XY两轴激光振镜(5)均安装在圆柱筒形工作台(1)的内部中空腔内；
外部激光束从激光入射孔(7)水平入射至XY两轴激光振镜(5)，经XY两轴激光振镜(5)的反射后垂直入射至扫描聚焦透镜(4)，激光束经扫描聚焦透镜(4)聚焦后透过全透保护镜片输出聚焦光斑至基板(8)的背面。
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