[发明专利]一种激光诱导等离子体微细加工装置及方法

说明书

本发明属于微细加工技术领域，公开了一种激光诱导等离子体微细加工装置及方法，所述的装置包括：加工头模块，包括形成加工内腔的加工头主体、位于加工头主体顶部的透明窗口、以及位于加工内腔一侧的内腔通道；激光模块，用于发射激光束，所述激光束通过所述透明窗口聚焦于所述加工头主体的加工内腔中；液体工作介质，通过所述内腔通道进入所述加工头主体的加工内腔，并通过用于通过所述加工头主体出口流出，作用于所述加工头主体下方的工件表面；磁场整形模块，设置在所述加工头主体出口的内壁上，用于在加工头主体在旋转过程中形成磁场；上述，通过液体工作介质的高速导入，可及时冷却加工区域，并冲刷加工区域、排除加工产物。

技术领域

本发明属于微细加工技术领域，具体涉及一种激光诱导等离子体微细加工装置及方法。

背景技术

表面织构是涉及材料表面性能与界面效应的一种表面处理工艺，在功能表面制备一系列的微坑、微槽等微结构，其在先进密封、提高润滑、改善摩擦、提高材料力学性能、疏水性能等方面均有潜在应用价值，在航空航天、新能源、深海探测、高端装备等领域具有重要应用前景。

微织构加工方法包括电火花加工、电解加工、化学加工、等离子体刻蚀、超快激光加工等。其中，超快激光加工具有加工效率高、加工精度高、材料适用性好等优势，但是超快激光加工仍存在加工过程控制参数多、激光器成本高等不足。超短脉冲激光加工透明材料表面微织构时还存在激光能量吸收率低、能量损耗大等问题。

激光诱导等离子体微加工是由美国西北大学K.Pallav和K.F.Ehmann提出的一种利用等离子体-材料相互作用去除工件材料的加工方式。LIP-MM利用液体中激光诱导等离子体的高温(达5600K以上)和冲击波压力效应去除材料，可应用于加工不锈钢、钛合金、透明玻璃、陶瓷等多种材料，已成功实现宽度约30μm，深度5-50μm微槽的加工。LIP-MM一般将工件浸于静止的去离子水、盐溶液等液体工作介质中，主要靠等离子体的压力抛出加工区的熔融材料、气泡等加工产物，液体工作介质的冷却、冲刷效应较弱。此外，现有LIP-MM工艺对等离子体的约束能力较弱，难以控制等离子体的形状和分布，加工精度的可控性和一致性有待提高。

发明内容

鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种激光诱导等离子体微细加工装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光诱导等离子体微细加工装置，所述的装置包括加工头模块、激光模块、液体工作介质和磁场整形模块；其中：

加工头模块，包括形成加工内腔的加工头主体、位于加工头主体顶部的透明窗口、以及位于加工内腔一侧的内腔通道；

激光模块，用于发射激光束，所述激光束通过所述透明窗口聚焦于所述加工头主体的加工内腔中；

液体工作介质，通过所述内腔通道进入所述加工头主体的加工内腔，并通过用于通过所述加工头主体出口流出，作用于所述加工头主体下方的工件表面；

磁场整形模块，设置在所述加工头主体出口的内壁上，用于在加工头主体在旋转过程中形成磁场。

优选的，所述磁场整形模块为两个，分别设置在所述加工头主体出口的两侧内壁上，且所述磁场整形模块可采用永磁体、电磁铁或圆线圈。

优选的，所述加工头主体在旋转过程中，转速大于1000rpm。

优选的，所述加工头主体出口端面和所述工件表面设置有第一间隙，且所述第一间隙小于0.5mm。

优选的，所述加工头主体的加工内腔深度小于5mm；所述透明窗口由覆盖于加工头主体顶部的透明耐高温玻璃形成，且所述透明窗口的厚度为1-3mm。

优选的，所述激光模块为固体激光器、气体激光器或半导体激光器中的一种，且激光模块所发射的激光束波长为532nm或1064nm。