5 °C丙酬中超聲處理10分鐘。
[0047] ②親水處理玻璃:玻璃清洗干凈后進行親水處理，采用去離子水漂洗玻璃后，用硝 酸和水的體積比為1:3的溶液浸泡24-32小時，取出，用去離子水沖洗和化氣體干燥玻璃備 用。
[0048] ③單層微納米顆粒的制備：為了獲得理想的單層排布整齊的微納米顆粒，超聲處 理微納米顆粒的溶液，制備成微納米顆粒懸浮液，使用巧爾帖單體，接通電極作為熱源。玻 璃板表面滴上微納米顆粒懸浮液，置于干燥通風的盒子中，盒子傾斜一個小角度P，待24-36 小時完全干燥。
[0049] 2)待拋光工件表面預(yù)處理
[0050] 采用機械方法，利用由粗到細的砂紙將待拋光工件表面打磨平整，由拋光機進行 表面拋光，清洗干凈后顯微測試表面粗糖度，要求Ra< 1M1。
[0051 ] 3)玻璃板覆蓋待拋光工件
[0052] 將已預(yù)處理好的待拋光工件表面貼合帶有微納米顆粒的玻璃表面，注意已預(yù)處理 好的待拋光工件表面方向為垂直向下，帶有微納米顆粒的玻璃板表面方向為垂直向上，避 免微納米顆粒從玻璃上滑落。玻璃板還有一個作用是當激光與材料表面發(fā)生相互作用時， 限制微納米顆粒脫離材料表面，影響拋光效果。
[0053] 4)調(diào)節(jié)激光光束傳播方向與待拋光工件表面法線方向的夾角
[0054] 貼合好后迅速翻轉(zhuǎn)待拋光工件與玻璃板，放置在=維移動平臺上。根據(jù)仿真分析 和實驗結(jié)果，激光光束傳播方向與待拋光工件表面法線應(yīng)具有一定的夾角e，通過調(diào)節(jié)聚焦 偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的可調(diào)反射鏡與豎直方向夾角0，拋光效果更好。根據(jù)幾何關(guān)系
其中采用聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)或=維精密控制裝置保證夾角e的調(diào)節(jié)。
[00巧]5)激光福照待拋光工件。
[0056] ①設(shè)置激光能量:根據(jù)材料的激光損傷闊值Jo,選取福照待拋光工件的激光能量 0.9Jo<J<l.IJo。
[0057] ②確定掃描激光搭接率：由于激光光斑邊緣部分能量比較低，材料只吸收低能量 的激光，表面不產(chǎn)生任何作用，因此設(shè)置激光的掃描速度，從而確定掃描激光搭接率n。
[0058] ③掃描拋光待拋光工件表面:采用上述所說的激光拋光裝置發(fā)射脈沖激光，掃描 待拋光工件表面，實現(xiàn)拋光效果。
[0059] 為了防止顆粒的堆疊和實現(xiàn)較佳的拋光效果，微納米顆粒尺寸直徑R選取為
f所述微納米顆粒包括透明顆粒和不透明顆粒，如Si化顆粒，PS顆粒，金顆 粒，銀顆粒等。激光器發(fā)射的脈沖激光的形狀為平頂光束。制作單層微納米顆粒時，放置的 盒子傾斜角度P = 9°。為保證待拋光工件表面的微納米顆粒發(fā)生堆疊，傾斜一定的夾角〇<0< 45°。根據(jù)拋光效果，選取激光能量J = Jo;掃描激光搭接率n = 0.2。
[0060] 實施例
[0061] 根據(jù)圖5所示的工藝步驟，首先，分別采用160目、240目、600目、800目、1000目、 1200目、1600目、2000目的砂紙打磨待拋光工件表面，由拋光機進行表面拋光，用酒精清洗 干凈后顯微測試出表面粗糖度Ra = 0.751皿，粗糖度曲線如圖6所示。
[0062] 制作表面涂覆有微納米顆粒玻璃板，首先用肥皂水清洗玻璃板的表面，用甲醇超 聲處理10分鐘，再經(jīng)去離子水漂洗玻璃板后，用硝酸和水的體積比為1:3的溶液浸泡24小 時，取出玻璃板，用去離子水沖洗，最后用化氣體干燥玻璃板，保存?zhèn)溆谩?br>[0063] 選取微納米顆粒為Si化，微納米顆粒尺寸直徑R為500nm，超聲處理微納米顆粒原 液，然后將所得溶液按1:1比例與酒精混合均勻，使用微量移液器將混合溶液移至螺口西林 瓶中，再次進行超聲處理，即可得到微納米顆粒懸浮液。使用巧爾帖單體，接通電極作為熱 源。然后在已制備的玻璃板表面上滴幾滴微納米顆粒懸浮液，置于干燥通風的盒子中，盒子 傾斜9°，待30小時完全干燥，保存?zhèn)溆?。圖7為玻璃板表面顆粒SEM圖。
[0064] 將已預(yù)處理好的待拋光工件表面貼合帶有微納米顆粒的玻璃表面，注意待拋光工 件表面方向為垂直向下，帶有微納米顆粒的玻璃表面方向為垂直向上，避免微納米顆粒從 玻璃上滑落。貼合好后迅速翻轉(zhuǎn)待拋光工件與玻璃板，放置在=維移動平臺上。
[0065] 采用法國固體激光器，激光器波長為1064nm，頻率為5Hz，最大能量為10J，脈寬為 15ns，脈寬形狀為平頂光束。
[0066] 調(diào)節(jié)聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中的偏轉(zhuǎn)振鏡與豎直方向的夾角0，根據(jù)仿真分析和實驗 統(tǒng)計，選取
[0067] 通過焦距為Im的聚焦透鏡會聚為1mm的光斑。
[0068] 選取的激光能量500mJ，掃描激光搭接率11 = 0.2。采用上述激光拋光裝置發(fā)射脈沖 激光，掃描待拋光工件表面，實現(xiàn)拋光效果，處理后待拋光工件表面的粗糖度曲線如圖8所 示，表面粗糖度Ra = O. 327皿。
[0069] 所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不 背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換 或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種精密的激光拋光裝置，其特征在于，包括脈沖激光器（I)、掃描陣鏡（2)、聚焦偏 轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(3)、S維移動平臺（11)、玻璃板(4)、聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)控制板(6)、激光控制板 (7) 、=維精密控制裝置(8)、計算機(9)、微納米顆粒（10)，所述掃描振鏡(2)、聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué) 系統(tǒng)(3)位于所述脈沖激光器（1)的激光光路上，所述微納米顆粒（10)涂覆在玻璃板(4)表 面上，所述玻璃板(4)涂覆有微納米顆粒（10)的一面貼合在待拋光工件(5)上，所述待拋光 工件(5)放置在=維移動平臺（11)上;所述聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)控制板(6)、激光控制板(7)、 =維精密控制裝置(8)均與計算機(9)連接，所述=維移動平臺（11)與=維精密控制裝置 (8) 相連，聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)控制板(6)與聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(3)相連，所述激光控制板(7) 與脈沖激光器(1)相連。2. 權(quán)利要求1所述的精密的激光拋光裝置的精密激光拋光方法，其特征在于，包括W下 步驟： 1) 制作表面涂覆有微納米顆粒(10)的玻璃板(4): ① 徹底清洗玻璃:首先用肥皂水去除有機殘留物和油，然后進行深層次清洗，分別在甲 醇或丙酬中超聲處理； ② 親水處理玻璃:采用去離子水漂洗玻璃后，用硝酸和水的體積比為1: 3的溶液浸泡 24-32小時，取出，用去離子水沖洗，用化氣體干燥玻璃備用； ③ 單層微納米顆粒（10)的制備:超聲處理微納米顆粒（10)的溶液，制備成微納米顆粒 (10)懸浮液，使用巧爾帖單體，接通電極作為熱源;玻璃板(4)表面滴上微納米顆粒（10)懸 浮液，傾斜放置并完全干燥； 2) 待拋光工件(5)表面預(yù)處理:采用機械方法，利用由粗到細的砂紙將待拋光工件（5) 表面打磨平整，由拋光機表面拋光，至表面粗糖度Ra< Ium; 3) 玻璃板(4)覆蓋待拋光工件（5):已表面預(yù)處理好的待拋光工件（5)表面方向為垂直 向下，帶有微納米顆粒（10)的玻璃表面方向為垂直向上，將待拋光工件巧)表面貼合帶有微 納米顆粒(10)的玻璃表面； 4) 調(diào)節(jié)激光光束傳播方向與待拋光工件(5)表面法線方向的夾角：迅速翻轉(zhuǎn)貼合好后 的待拋光工件(5)與玻璃板(4)，放置在=維移動平臺（11)上，調(diào)整聚焦偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)(3)中 的偏轉(zhuǎn)振鏡使激光光束傳播方向與待拋光工件(5)表面法線應(yīng)具有夾角0; 5) 激光福照待拋光工件巧）： ① 設(shè)置激光能量:通過激光控制板(7)設(shè)置激光能量，根據(jù)材料的激光損傷闊值Jo,選取 福照待拋光工件(5)的激光能量0.9J〇<J<l. 1 Jo; ② 確定掃描激光搭接率:通過激光控制板(7)設(shè)置激光的掃描速度，從而確定掃描激光 搭接率n; ③ 掃描拋光待拋光工件(5)表面:脈沖激光器（1)發(fā)射脈沖激光，掃描待拋光工件(5)表 面，位于玻璃板(4)與待拋光工件(5)間的微納米顆粒（10)相當于一聚焦透鏡，激光經(jīng)微納 米顆粒（10)聚焦后，使待拋光工件(5)表面凸出或尖端部分烙化，經(jīng)過激光掃描，實現(xiàn)拋光 效果。3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，所述微納米顆粒（10)直 徑R選取為4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，所述激光器發(fā)射的脈沖激光 的形狀為平頂光束。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，所述制作單層微納米顆粒 (10)時，滴上微納米顆粒(10)懸浮液的玻璃在干燥時，傾斜角度P = 9°。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，激光光束傳播方向與待拋光 工件(5)表面法線的夾角〇<0<45°。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，所述激光能量J = Jo。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，掃描激光搭接率Ii = 0.2。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，所述微納米顆粒（10)為Si化 顆粒、PS顆粒、金顆粒或銀顆粒。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密激光拋光方法，其特征在于，所述待拋光工件(5)為非金 屬材料或者含鐵、銅、侶、不誘鋼、鐵的金屬材料。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種精密的激光拋光裝置及其方法，將表面涂覆有微納米顆粒的玻璃板帖附在待拋光工件表面，微納米顆粒位于玻璃板與待拋光工件之間，采用脈沖激光器發(fā)射出脈沖激光，聚焦的脈沖光束輻射于表面涂覆有微納米顆粒的玻璃板，微納米顆粒相當于一聚焦透鏡，激光經(jīng)微納米顆粒聚焦后，在微納米顆粒周圍產(chǎn)生能量增強，使待拋光工件表面凸出或尖端部分熔化，實現(xiàn)拋光效果。本發(fā)明是利用微納米顆粒的局域場增強效應(yīng)，通過微納米顆粒會聚脈沖激光作用于材料表面，實現(xiàn)微納米尺度范圍的激光拋光技術(shù)。拋光裝置搭建方便，簡單易行；對于復(fù)雜形態(tài)和外貌的待拋光工件表面，使用該方法依然獲得良好的拋光效果。
【IPC分類】B23K26/082, B23K26/60, B23K26/352
【公開號】CN105583524
【申請?zhí)枴緾N201510957425
【發(fā)明人】佟艷群, 黃建宇, 石琳, 任旭東, 吳笑漪, 呂柳, 姚紅兵, 葉云霞
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月18日