一種基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微納超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微電路是指具有高密度等效電路元件和(或)部件，并可作為獨立件的微電子器件。微機電系統(tǒng)(MEMS)是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、作動器(執(zhí)行器)和微能源三大部分組成。具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產(chǎn)這幾個特點。在電子、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、汽車和航空航天系統(tǒng)方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]電化學(xué)沉積、特別是精密電鑄技術(shù)在表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的制備中得到了非常成功的應(yīng)用。鄭曉虎等人(鄭曉虎，朱獲.金屬微結(jié)構(gòu)陣列的電鑄成型.光學(xué)精密工程，2008，16(3): 473-477.)利用金屬離子的陰極沉積效應(yīng)，結(jié)合使用導(dǎo)電芯模或絕緣掩摸等，達(dá)到選擇性沉積的效果，可在基體表面制備出微凸陣列等微細(xì)結(jié)構(gòu)。南京航空航天大學(xué)的朱獲(D.Zhu , Y.B.Zeng.Micro electroforming of high-aspect-rat1 metallicmicrostructures by using a movable mask.)等提出移動掩膜電鑄技術(shù)，不斷向上移動掩膜，并連續(xù)進行可電鑄加工，可在金屬表面制備出具有高深寬比的微細(xì)結(jié)構(gòu)。他們利用這種方法，成功制備了特征尺寸為數(shù)百微米，高度達(dá)到幾個毫米且側(cè)壁陡直的微細(xì)結(jié)構(gòu)陣列。精密電鑄通過離子沉積的方式制備構(gòu)件，從原理上非常適于微細(xì)制造，而且不存在工具損耗與加工作用力等。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型解決的技術(shù)問題是提出一種基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置，使得激光誘導(dǎo)沖擊波能量更為集中，提高激光誘導(dǎo)沖擊波的利用效率，并提高沖擊波強化效果、靶材植入的精度。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置包括工件、工作液、橢圓反射鏡、入射激光和光路系統(tǒng)，所述橢圓反射鏡和工件位于所述工作液內(nèi)，入射激光經(jīng)過光路系統(tǒng)的反射且經(jīng)過凸透鏡的聚焦，其焦點作用于橢圓反射鏡的近端焦點處，激光在近端焦點處誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波及空化泡潰滅過程中產(chǎn)生沖擊波，沖擊波以橢圓反射鏡的近端焦點處為中心，球面向外傳播；沖擊波經(jīng)過橢圓反射鏡的反射，重新在橢圓反射鏡的遠(yuǎn)端焦點處匯聚，重新匯聚增強的沖擊波直接作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒上，將其植入到工件的表面。
[0006]相應(yīng)的，本實用新型實施例提供的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入方法，包括以下步驟:
[0007]S1:將橢圓反射鏡及待加工工件放置于工作液內(nèi)；
[0008]S2:入射激光經(jīng)過光路系統(tǒng)的反射且經(jīng)過凸透鏡的聚焦，其焦點作用于橢圓反射鏡的近端焦點處；
[0009]S3:當(dāng)激光能量大于液體的擊穿閾值時，產(chǎn)生高溫高壓的等離子體，等離子體對外輻射沖擊波；等離子體消失后誘導(dǎo)產(chǎn)生的空化泡潰滅時也對外輻射出沖擊波；
[0010]S4:激光在近端焦點處誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波及空化泡潰滅過程中產(chǎn)生的沖擊波，以橢圓反射鏡的近端焦點處為中心，球面向外傳播；
[0011]S5:沖擊波經(jīng)過橢圓反射鏡的反射，重新在橢圓反射鏡的遠(yuǎn)端焦點處匯聚，重新匯聚增強的沖擊波直接作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒上，將其植入到工件的表面。
[0012]本實用新型的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置中還包括設(shè)有調(diào)整裝置，在步驟S2中可以通過調(diào)整裝置移動凸透鏡的位置來調(diào)整改變激光聚焦在橢圓形反射鏡內(nèi)的位置。
[0013]優(yōu)選地，在步驟S5中，調(diào)整橢圓反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進而改變聚焦于遠(yuǎn)端焦點的沖擊波強度以及遠(yuǎn)端焦點的位置。
[0014]優(yōu)選地，在所述工作液內(nèi)增加各向異性材料顆粒(比如碳納米管)，利用沖擊波推動各向異性材料植入到工件的表面。
[0015]本實用新型實施例提供的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置，具有如下有益效果:
[0016]本實用新型實施例提供的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置中的激光焦點作用于橢圓反射鏡的近端焦點處，使用橢圓反射鏡將沖擊波反射且重新匯聚于橢圓反射鏡的遠(yuǎn)端焦點處，利用遠(yuǎn)端焦點處匯聚的沖擊波作用在工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒上，將其植入到工件的表面。本實用新型使得激光誘導(dǎo)沖擊波能量更為集中，提高激光誘導(dǎo)沖擊波的利用效率，更為有效地將工作液內(nèi)的顆粒植入工件表面，提高靶材植入精度。本實用新型利用橢圓反射鏡將沖擊波能量匯聚于遠(yuǎn)端焦點處，能量更為集中，更能適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件的靶材植入。本實用新型的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置采用了橢圓反射鏡，利用橢圓反射鏡的匯聚作用，將激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波進行精確聚焦，這樣就可以提高沖擊波利用率、靶材植入精度，整個加工裝置放置于工作液之中，植入的靶材顆粒由工作液不斷供給，通過橢圓反射鏡將沖擊波聚焦之后再施加于工件表面，沖擊波聚焦位置及其能量可調(diào)，能夠適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件的靶材植入要求。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型優(yōu)選實施例提供的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置的植入原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0019]如圖1所示，本實用新型優(yōu)選實施例提供的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置的植入原理圖，本實用新型的激光聚焦于工作液內(nèi)，當(dāng)激光能量大于液體的擊穿閾值時，將會產(chǎn)生高溫高壓的等離子體。等離子體對外輻射沖擊波，等離子體誘導(dǎo)產(chǎn)生的空化泡在潰滅時也能對外輻射沖擊波。使用橢圓反射鏡將沖擊波重新匯聚增強于橢圓反射鏡的遠(yuǎn)端焦點處，利用重新匯聚增強的沖擊波作用在工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒上，將其植入到工件的表面。
[0020]具體地，本實施例的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置中，橢圓反射鏡5及待加工工件8放置于含有工作液內(nèi)，入射激光I參數(shù)可調(diào)，并經(jīng)過光路系統(tǒng)的反射且經(jīng)過凸透鏡(圖中未標(biāo)示)的聚焦，其焦點作用于橢圓反射鏡5的近端焦點3處，激光在近端焦點3處誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波及空化泡4潰滅過程中產(chǎn)生的沖擊波2，將以橢圓反射鏡5的近端焦點3處為中心，球面向外傳播。沖擊波經(jīng)過橢圓反射鏡5的反射，重新在橢圓反射鏡5的遠(yuǎn)端焦點6處匯聚，匯聚增強的沖擊波直接作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒7上，將其植入到工件8的表面。
[0021]優(yōu)選地，本實用新型可以通過調(diào)整裝置(圖中未標(biāo)示)移動凸透鏡的位置來調(diào)整改變激光聚焦在橢圓形反射鏡5內(nèi)的位置；并且橢圓反射鏡5的結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)，進而可以改變聚焦于遠(yuǎn)端焦點6的沖擊波強度以及遠(yuǎn)端焦點6的位置。
[0022]本實用新型的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置也可以在工作液內(nèi)增加各向異性材料顆粒7 (比如碳納米管)，利用沖擊波推動各向異性材料顆粒植入到工件的表面。
[0023]本實用新型實施例提供的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置中的激光焦點作用于橢圓反射鏡5的近端焦點3處，使用橢圓反射鏡5將沖擊波2反射且重新匯聚于橢圓反射鏡5的遠(yuǎn)端焦點6處，利用遠(yuǎn)端焦點6處匯聚的沖擊波作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒7上，將其植入到工件8的表面。本實用新型使得激光誘導(dǎo)沖擊波能量更為集中，提高激光誘導(dǎo)沖擊波的利用效率，適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件的靶材植入要求，并且提高沖擊波強靶材植入精度。本實用新型利用橢圓反射鏡5將沖擊波能量匯聚于遠(yuǎn)端焦點6處，能量更為集中，更能適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件的靶材植入精度。
[0024]本實用新型實施基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置包括工件8、工作液、橢圓反射鏡5、入射激光I和光路系統(tǒng)，所述橢圓反射鏡5和工件8位于所述工作液內(nèi)，入射激光I經(jīng)過光路系統(tǒng)的反射且經(jīng)過凸透鏡的聚焦，其焦點作用于橢圓反射鏡5的近端焦點3處，激光I在近端焦點3處誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波及空化泡4潰滅過程中產(chǎn)生沖擊波2，沖擊波2以橢圓反射鏡5的近端焦點3處為中心，球面向外傳播；沖擊波2經(jīng)過橢圓反射鏡5的反射，重新在橢圓反射鏡5的遠(yuǎn)端焦點6處匯聚，重新匯聚增強的沖擊波直接作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒7上，將其植入到工件8的表面。
[0025]本實用新型的基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置采用了橢圓反射鏡5，利用橢圓反射鏡5的匯聚作用，將激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波2進行精確聚焦，這樣就可以提高沖擊波利用率、靶材植入精度，整個加工裝置放置于工作液之中，植入的靶材顆粒由工作液不斷供給，通過橢圓反射鏡5將沖擊波聚焦之后再施加于工件表面，沖擊波聚焦位置及其能量可調(diào)，能夠適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件的靶材植入要求。
[0026]以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置，其特征在于，包括工件(8)、工作液、橢圓反射鏡(5)、入射激光(I)和光路系統(tǒng)，所述橢圓反射鏡(5)和工件(8)位于所述工作液內(nèi)，入射激光(I)經(jīng)過光路系統(tǒng)的反射且經(jīng)過凸透鏡的聚焦，其焦點作用于橢圓反射鏡(5)的近端焦點(3)處，激光(I)在近端焦點(3)處誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波及空化泡(4)潰滅過程中產(chǎn)生沖擊波(2)，沖擊波(2)以橢圓反射鏡(5)的近端焦點(3)處為中心，球面向外傳播；沖擊波(2)經(jīng)過橢圓反射鏡(5)的反射，重新在橢圓反射鏡(5)的遠(yuǎn)端焦點(6)處匯聚，重新匯聚增強的沖擊波直接作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒(7)上，將其植入到工件(8)的表面。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于激光誘導(dǎo)沖擊波聚焦的空化植入裝置，包括工件、工作液、橢圓反射鏡、入射激光和光路系統(tǒng)，所述橢圓反射鏡和工件位于所述工作液內(nèi)，入射激光經(jīng)過光路系統(tǒng)的反射且經(jīng)過凸透鏡的聚焦，其焦點作用于橢圓反射鏡的近端焦點處，激光在近端焦點處誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波及空化泡潰滅過程中產(chǎn)生沖擊波，沖擊波以橢圓反射鏡的近端焦點處為中心，球面向外傳播；沖擊波經(jīng)過橢圓反射鏡的反射，重新在橢圓反射鏡的遠(yuǎn)端焦點處匯聚，重新匯聚增強的沖擊波直接作用于工作液內(nèi)的微細(xì)顆粒上，將其植入到工件的表面。本實用新型使得激光誘導(dǎo)沖擊波能量更為集中，提高激光誘導(dǎo)沖擊波的利用效率，提高靶材植入精度。
【IPC分類】C23C14/34
【公開號】CN204918746
【申請?zhí)枴緾N201520725101
【發(fā)明人】黃志剛, 李洪輝, 印四華, 楊青天, 郭鐘寧, 楊洋
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月18日