一种激光诱导放电表面微结构加工方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108971745A(43)申请公布日2018.12.11(21)申请号201810910597.1(22)申请日2018.08.12(71)申请人中国科学院宁波材料技术与工程研究所地址315201浙江省宁波市镇海区中官西路1219号(72)发明人王玉峰张文武(74)专利代理机构宁波元为知识产权代理事务所(特殊普通合伙)33291代理人单英(51)Int.Cl.B23K26/00(2014.01)B23K26/352(2014.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种激光诱导放电表面微结构加工方法及装置(57)摘要本发明公开了一种激光诱导放电表面微结构加工方法与装置。将微尺度工具电极连接电源负极，微尺度工具电极一端的端面和工件待加工区域表面保持一定间隙，间隙中充盈液态的工作介质；将激光汇聚于所述间隙，工作介质在激光能量作用下气化，在微尺度工具电极的所述一端产生连续气体；电源通电，阴极与阳极之间形成电回路，当所述间隙中的电场强度大于气体的击穿强度时，产生击穿放电，工件的待加工区域表面被高温蚀除，实现工件表面的微细结构加工。该方法可以在不适用腐蚀性电解液的条件下实现导电材料或非导电材料的微结构加工，通过调控工件的待加工区域以及所述间隙距离，可实现不同轮廓微结构的加工。CN108971745ACN108971745A权利要求书1/2页1.一种激光诱导放电表面微结构加工方法，其特征是：采用电源，微尺度工具电极连接电源负极，微尺度工具电极一端的端面和工件待加工区域表面保持一定间隙，所述间隙中充满液态的工作介质；将激光汇聚于所述间隙，充盈在所述间隙中的工作介质在激光能量作用下气化，在微尺度工具电极的所述一端产生连续气体层；电源通电，阴极与阳极之间形成电回路，当所述间隙中的电场强度大于所述气体的击穿强度时，产生击穿放电，工件的待加工区域表面被高温蚀除，实现工件表面的微细结构加工。2.如权利要求1所述的激光诱导放电表面微结构加工方法，其特征是：工件材料为导电材料时，工件连接电源正极；工件材料为非导电材料或半导体材料时，采用导电材料连接电源阳极，该导电材料作为辅助阳极；作为优选，所述辅助阳极和微尺度工具电极的间距不大于1mm。3.如权利要求1所述的激光诱导放电表面微结构加工方法，其特征是：所述工作介质是低电导率介质、绝缘介质，或者是导电介质；作为优选，所述激光通过聚焦透镜汇聚于所述间隙中；作为优选，激光轴线与微尺度工具电极的中心线之间的夹角θ的范围为45°<θ<90°。4.如权利要求1所述的激光诱导放电表面微结构加工方法，其特征是：所述间隙距离为0.01mm～1.0mm，优选为0.02mm～0.5mm，更优选为0.05mm～0.2mm。5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的激光诱导放电表面微结构加工方法，其特征是：所述电源为高频率脉冲电源；作为优选，所述电源频率为10KHz～10MHz，占空比为10％～100％，输出电压为30V～200V。6.一种激光诱导放电表面微结构加工装置，其特征是：包括工作槽、工作槽内的液态工作介质、电源、微尺度工具电极、工件与激光；工件浸没于工作介质中；微尺度工具电极连接电源负极；微尺度工具电极一端的端面和工件待加工区域表面保持一定间隙，所述间隙中充满所述工作介质；激光汇聚在所述间隙；工作状态时，所述间隙中的工作介质在激光能量作用下气化，在微尺度工具电极的所述一端产生连续气体；电源通电，在电场作用下，控制所述间隙中的电场强度，使其大于所述气体的击穿强度而产生击穿放电，工件的待加工区域表面被高温蚀除，实现工件表面的微细结构加工。7.如权利要求6所述的激光诱导放电表面微结构加工装置，其特征是：首先校准所述间隙的0位置，然后调整所述间隙距离为预设值。8.如权利要求7所述的激光诱导放电表面微结构加工装置，其特征是：所述校准方法为：该加工装置还包括电流传感器；所述电回路中串联保护电阻；电源通电，工件和/或微尺度工具电极运动，使所述间隙的距离调整至较小值，然后进2CN108971745A权利要求书2/2页一步逐渐减小所述间隙的距离；当电流传感器检测到电回路中电流突变升高时，停止工件和/或微尺度工具电极运动，此时微尺度工具电极与工件待加工表面的间隙为0。9.如权利要求7所述的激光诱导放电表面微结构加工装置，其特征是：所述校准方法为：该加工装置还包括微力传感器；工件和/或微尺度工具电极运动，使所述间隙的距离逐渐减小，当微力传感器检测到二者之间产生微小应力时，停止运动，此时微尺度工具电极与工件待加工表面的间隙为0。10.如权利要求6至9中任一权利要求所述的激光诱导放电表面微结构加工装置，其特征是：所述加工装置还包括控制中心；作为优选，所述加