基于微水导激光加工技术的研究

论文摘要

微水导激光加工技术是一种新的复合加工技术,与普通激光加工相比较,具有加工距离长、热影响区小、加工效率高、工件冷却效果好和切缝干净利落等优势,近年来越来越受到国内外学者的关注。本文首先对水束的稳定性进行了理论研究,为试验中水束加工长度的合理选择提供了依据。通过对微水导激光耦合对中机理的研究,得出了激光焦点经过玻璃层与水层后漂移的距离公式。本文利用MATLAB GUI开发了分析激光束与水束耦合对中的软件,采用该软件能够准确地计算出激光束和水束的中心位置,从而实现激光束与水束的精确耦合。对激光束与水束的几种耦合误差进行了分析,通过计算发现横向偏移误差对耦合效率的影响最大,角度偏移误差对耦合效率的影响较小。最后采用改进的微水导激光加工试验系统对硅片（底层镀有low-k材料）和不锈钢（1Cr18Ni9Ti）进行了加工试验研究,获得了激光加工参数和水射流参数对加工效率、加工缝宽及加工质量的影响规律。此外还进行了常规激光加工与微水导激光加工对比性试验研究,结果表明,微水引导激光加工的切口质量明显好于常规激光加工的切口质量。本文的研究将对微水导激光加工技术在国内的微电子、医疗、航空制造等微细加工领域的发展起到积极的促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 微水导激光加工技术的国内外研究现状
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 微水导激光加工的理论基础
• 2.1 激光特性参数
• 2.1.1 激光波长
• 2.1.2 激光光斑直径
• 2.1.3 激光光束焦深
• 2.2 水射流的稳定原理
• 2.3 激光在水中的衰减原理
• 2.4 微水导激光加工的机理与特点
• 2.4.1 水束冷却效应
• 2.4.2 材料去除特性
• 2.4.3 水膜清洁特性
• 2.4.4 切缝平行特性
• 2.5 本章小结
• 第3章 激光束与水束耦合技术的研究
• 3.1 微水导激光加工的耦合机理
• 3.1.1 微水导激光的耦合条件
• 3.1.2 发生全反射的最大入射角计算分析
• 3.1.3 激光头与耦合装置相对位置的确定
• 3.2 激光光斑的中心定位算法
• 3.2.1 基于重心算法的激光光斑中心定位
• 3.2.2 基于圆拟合的激光光斑中心定位算法
• 3.3 微水导激光系统Z 轴位置的调节
• 3.3.1 离焦量对激光光斑大小的影响
• 3.3.2 最小光斑位置的确定
• 3.4 微水导激光系统平面位置的调节
• 3.4.1 激光光斑的中心位置定位
• 3.4.2 喷嘴孔的中心位置定位
• 3.5 激光束与水束的耦合误差分析
• 3.5.1 横向偏移误差分析
• 3.5.2 纵向偏移误差分析
• 3.5.3 角度偏移误差分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 微水导激光加工试验与结果分析
• 4.1 微水导激光加工试验系统介绍
• 4.2 微水导激光切割硅片的试验
• 4.2.1 加工参数对硅片加工效率的影响
• 4.2.2 微水导激光切割硅片的正交试验分析
• 4.2.3 微水导激光切割硅片的试验结果分析
• 4.3 微水导激光切割不锈钢片的试验
• 4.3.1 不锈钢片厚度与加工速度的关系
• 4.3.2 加工参数对不锈钢片加工缝宽的影响
• 4.3.3 微水导激光与传统激光加工效果对比
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢