本發(fā)明涉及激光成孔技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法。

背景技術(shù)：

隨著航空航天、汽車、工程器件以及生物醫(yī)療等近代工業(yè)以及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，強(qiáng)度大、硬度高、柔韌性強(qiáng)的復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此，在這些材料上加工出高質(zhì)量的深微孔是目前亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的打孔工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了許多高、精、尖產(chǎn)品的關(guān)鍵零件上深微孔加工的要求。激光打孔技術(shù)具有精度高、可重復(fù)性強(qiáng)、成本低、材料消耗少等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，使激光打孔技術(shù)在現(xiàn)代制造領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。飛秒激光打孔雖然較長(zhǎng)脈沖激光打孔有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但從目前已有的報(bào)導(dǎo)來(lái)看飛秒激光打孔一般都局限于在一些薄層材料上加工微孔。因此，深微孔的加工方法也就成了當(dāng)前打孔技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。由于飛秒激光成絲具有很高的強(qiáng)度、均勻性好且傳播距離較長(zhǎng)。因此，采用飛秒激光成絲的方法則可以一次性成孔，可以大大降低孔的錐度，提高孔的表面質(zhì)量。利用飛秒激光成絲加工出的毫米級(jí)深微孔，不僅可以在航空航天領(lǐng)域中得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用，而且還可以在實(shí)際的生物醫(yī)療或者工程器件中獲得實(shí)踐性的應(yīng)用。

目前利用飛秒激光打孔的方法主要有以下兩種方法；

1、飛秒激光復(fù)制法加工孔，激光束在加工中與工件之間沒(méi)有相對(duì)位移，而是重復(fù)打擊在工件的固定某點(diǎn)上，因此這種方法加工出來(lái)的孔徑較小。

2、飛秒激光輪廓迂回法加工孔，即為加工形狀由激光束和被加工工件相對(duì)位移軌跡所確定的加工方法，釆用這種加工方式可以加工出不同孔徑的圓孔，甚至任意形狀的異型孔。得到孔徑可控的高圓度高精度小孔。

但是現(xiàn)有技術(shù)中上述兩種打孔的方法均存在著各種各樣的問(wèn)題：

1、復(fù)制法加工出的微孔形狀由光束聚焦質(zhì)量所決定，因而這種方法對(duì)于光束的質(zhì)量非常高，且孔徑的控制相對(duì)比較困難、深寬比較大。

2、輪廓迂回法加工加工孔對(duì)工作平臺(tái)的要求非常高，經(jīng)濟(jì)成本高，且定位精度有限，深孔加工錐度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法，該方法包括以下步驟：

利用透鏡將飛秒激光進(jìn)行聚焦成絲，所述飛秒激光在空氣中形成相對(duì)穩(wěn)定的光絲通道；

調(diào)節(jié)所述飛秒激光的平均功率改變所述光絲通道長(zhǎng)度；

在相同條件下分別將靶材放在所述光絲通道的不同位置處，找出所述光絲通道中燒蝕強(qiáng)度最強(qiáng)點(diǎn)，再將所述靶材固定在所述燒蝕最強(qiáng)點(diǎn)處進(jìn)行加工，從而獲得毫米級(jí)的深微孔；

利用掃描電子顯微鏡觀察所述深微孔的孔徑大小及表面形貌；

再通過(guò)改變所述飛秒激光的平均功率和加工時(shí)間來(lái)獲得不同參數(shù)的所述深微孔。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述深微孔孔徑有較小的錐度以及較大的深寬比。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述飛秒激光脈沖由鈦寶石飛秒激光再生放大器產(chǎn)生。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述透鏡的焦距為500mm-1000mm。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述透鏡的焦距為750mm。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述靶材的厚度為5mm。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述靶材的厚度為4mm。

上述的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法中，優(yōu)選為，所述靶材的材質(zhì)為PMMA。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明實(shí)施例提供的利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)透鏡將飛秒激光進(jìn)行聚焦成絲，飛秒激光在空氣中形成相對(duì)穩(wěn)定的光絲通道，調(diào)節(jié)飛秒激光的平均功率改變光絲通道長(zhǎng)度，將白紙放在光絲通道的不同位置處，灼燒最強(qiáng)點(diǎn)為光絲通道的焦點(diǎn)，靶材固定在焦點(diǎn)處進(jìn)行加工，從而獲得毫米級(jí)的深微孔，掃描電子顯微鏡觀察深微孔的孔徑大小及表面形貌，改變飛秒激光的平均功率和加工時(shí)間來(lái)獲得不同參數(shù)的深微孔。從而提高飛秒激光在空氣中形成的光絲通具有很高的強(qiáng)度、均勻性好、傳播距離較長(zhǎng)且相對(duì)穩(wěn)定道，因此，無(wú)需特殊的環(huán)境要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的要求也相對(duì)較低，因此，大大降低了深微孔制備的成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體的實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

考慮到目前現(xiàn)有方法中聚焦的激光點(diǎn)一直需要跟蹤孔洞最前端點(diǎn)，因此會(huì)造成孔洞直壁上重凝、重堆積、表面粗糙度大、大大降低了其深寬比的問(wèn)題，本發(fā)明提供了利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法。

該方法包括以下步驟：

利用透鏡將飛秒激光進(jìn)行聚焦成絲，飛秒激光在空氣中形成相對(duì)穩(wěn)定的光絲通道；

調(diào)節(jié)飛秒激光的平均功率改變光絲通道長(zhǎng)度；

在相同條件下分別將靶材放在所述光絲通道的不同位置處，找出所述光絲通道中燒蝕強(qiáng)度最強(qiáng)點(diǎn)，再將所述靶材固定在所述燒蝕最強(qiáng)點(diǎn)處進(jìn)行加工，從而獲得毫米級(jí)的深微孔；

利用掃描電子顯微鏡觀察深微孔的孔徑大小及表面形貌；

再通過(guò)改變飛秒激光的平均功率和加工時(shí)間來(lái)獲得不同參數(shù)的深微孔。

從而提高飛秒激光在空氣中形成的光絲通具有很高的強(qiáng)度、均勻性好、傳播距離較長(zhǎng)且相對(duì)穩(wěn)定道，因此，無(wú)需特殊的環(huán)境要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的要求也相對(duì)較低，因此，大大降低了深微孔制備的成本。

接下來(lái)對(duì)該利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法進(jìn)行詳細(xì)描述：

實(shí)施例1：利用飛秒激光成絲制備毫米級(jí)深孔的方法，如圖1所示，利用透鏡將飛秒激光進(jìn)行聚焦成絲，飛秒激光在空氣中形成具有很高的強(qiáng)度、均勻性好、傳播距離較長(zhǎng)且相對(duì)穩(wěn)定的光絲通道。

調(diào)節(jié)飛秒激光的平均功率改變光絲通道長(zhǎng)度。

在相同條件下分別將靶材放在所述光絲通道的不同位置處，找出所述光絲通道中燒蝕強(qiáng)度最強(qiáng)點(diǎn)，再將所述靶材固定在所述燒蝕最強(qiáng)點(diǎn)處進(jìn)行加工，從而獲得毫米級(jí)的深微孔；

利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察深微孔的孔徑大小及表面形貌；

再通過(guò)改變飛秒激光的平均功率和加工時(shí)間參數(shù)來(lái)獲得不同參數(shù)的深微孔，得到最佳的搭配參數(shù)，使得孔的錐度最小，深寬比最大，且具有較好的表面形貌。

其中，可以在聚焦透鏡前方放置孔徑光闌，從而改善光斑圓度，進(jìn)而改變加工深微孔的圓度。

其中，可以在聚焦透鏡前方放置光束整形裝置，從而將高斯光束整形成平頂光束，從而改變光強(qiáng)分布，進(jìn)而降低孔的錐度。

本實(shí)施例中，深微孔孔徑有較小的錐度以及較大的深寬比，在飛秒激光平均功率一定的情況下，隨著加工時(shí)間的增加，孔的孔徑大小變大，深寬比下降；孔的錐度先增加后減小再增加，但總體來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。加工時(shí)間一定時(shí)，隨著飛秒激光平均功率的增大，孔的孔徑大小和錐度均有著明顯的增大趨勢(shì)，且深寬比下降。

本實(shí)施例中，飛秒激光脈沖由鈦寶石飛秒激光再生放大器產(chǎn)生。該鈦寶石飛秒激光再生放大器的中心波長(zhǎng)為800nm、脈沖寬度35fs、重復(fù)頻率1kHz、最大平均功率3W。激光平均功率分別為1W、1.2W、1.4W…2.6W，加工時(shí)間分別為3s、5s、7s…21s。

本實(shí)施例中，透鏡的焦距為500mm-1000mm。在透鏡焦距為500mm時(shí)，雖然焦斑較透鏡焦距為750mm時(shí)小，但其光絲長(zhǎng)度和強(qiáng)度相比于透鏡焦距為750mm的光絲長(zhǎng)度和強(qiáng)度也下降了很多。因此，透鏡焦距為500mm時(shí)孔徑雖然較小，但錐度增大，深寬比也下降了；在透鏡焦距為1000mm時(shí)，雖然其光絲長(zhǎng)度和強(qiáng)度相比于透鏡焦距為750mm的光絲長(zhǎng)度和強(qiáng)度有所增強(qiáng)，但其焦斑較透鏡焦距為750mm時(shí)卻大大增加。因此，透鏡焦距為500mm時(shí)雖然錐度有所減小，深寬比有所增加，但孔徑卻大大增加了。綜上考慮到焦斑大小、光絲長(zhǎng)度和強(qiáng)度，透鏡焦距為750mm為最佳選擇。

本實(shí)施例中，靶材的材質(zhì)為PMMA。該靶材具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性、易加工染色、外觀優(yōu)美、無(wú)毒環(huán)保、良好的光透過(guò)率以及具有良好的介電和電絕緣性能等特點(diǎn)，是迄今為止合成透明材料中應(yīng)用最廣泛的材料之一，有著廣泛的應(yīng)用前景。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。