一種激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。磁性材料是具有磁有序的強(qiáng)磁性物質(zhì)，廣義還包括可應(yīng)用其磁性和磁效應(yīng)的弱磁性及反鐵磁性物質(zhì)。物質(zhì)按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外磁場中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)。鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)為強(qiáng)磁性物質(zhì)，抗磁性和順磁性物質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。磁性材料按性質(zhì)分為金屬和非金屬兩類，前者主要有電工鋼、鎳基合金和稀土合金等，后者主要是鐵氧體材料。按使用又分為軟磁材料、永磁材料和功能磁性材料。
[0003]磁性粉末的尺寸從毫米、微米直至納米均可制備，顆粒形態(tài)可以是球狀、片狀、針狀等等。磁性粉末的生產(chǎn)方法通常按轉(zhuǎn)變的作用原理分為機(jī)械法和物理化學(xué)法兩類，既可從固、液、氣態(tài)金屬直接細(xì)化獲得，又可從其不同狀態(tài)下的金屬化合物經(jīng)還原、熱解、電解而轉(zhuǎn)變制取。難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物一般可直接用化合或還原一化合方法制取。因制取方法不同，同一種粉末的形狀、結(jié)構(gòu)和粒度等特性常常差別很大。粉末的制取方法很多種，其中應(yīng)用最廣的是還原法、霧化法、電解法。
[0004]激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面性能。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會(huì)與工件的表面直接磨察產(chǎn)生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對(duì)象受熱影響的范圍較小而且不會(huì)產(chǎn)生噪音。由于激光束的能量和光束的移動(dòng)速度均可調(diào)節(jié)，因此激光加工可應(yīng)用到不同層面和范圍上。
[0005]XY兩軸激光振鏡一般包括兩塊垂直安裝、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)激光平面反射鏡(分別稱為Χ、γ軸激光平面反射鏡)，χ、γ軸激光平面反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)使工作平面上的激光聚焦光斑分別在X、Y軸上移動(dòng)，兩個(gè)鏡面協(xié)同動(dòng)作使激光聚焦光斑可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動(dòng)，光束入射角與像面上的光斑位置滿足線性關(guān)系，從而通過控制入射光束的掃描角來控制光斑在像面上的位置。掃描聚焦透鏡(又稱為F-theta物鏡或遠(yuǎn)心透鏡)一般安裝在XY兩軸激光振鏡之后，對(duì)XY兩軸激光振鏡輸出的光束聚焦后作用于待加工對(duì)象上。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置，采用該裝置可以方便的實(shí)現(xiàn)圖形化磁性微納結(jié)構(gòu)的制造。
[0007]本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置，包括圓柱筒形工作臺(tái)、線圈、基板夾持機(jī)構(gòu)、掃描聚焦透鏡和XY兩軸激光振鏡；
[0009]所述圓柱筒形工作臺(tái)內(nèi)部中空，上表面為工作面，工作面上放置有待制備微納結(jié)構(gòu)的基板，所述基板通過基板夾持機(jī)構(gòu)夾持固定；所述工作面上設(shè)置有一圓孔，所述圓孔上安裝有全透保護(hù)鏡片；所述線圈沿圓柱筒形工作臺(tái)的圓周方向纏繞，用于在通電時(shí)產(chǎn)生與基板垂直的豎直方向磁場；所述圓柱筒形工作臺(tái)的側(cè)面設(shè)置有一激光入射孔，掃描聚焦透鏡和XY兩軸激光振鏡均安裝在圓柱筒形工作臺(tái)的內(nèi)部中空腔內(nèi)；
[0010]外部激光束從激光入射孔水平入射至XY兩軸激光振鏡，經(jīng)XY兩軸激光振鏡的反射后垂直入射至掃描聚焦透鏡，激光束經(jīng)掃描聚焦透鏡聚焦后透過全透保護(hù)鏡片輸出聚焦光斑至基板的背面。
[0011]本實(shí)用新型利用磁場和激光束復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了微、納米尺度磁性材料顆粒的自組裝和裝配，相比傳統(tǒng)方法更加靈活，可控性好，采用該裝置可以方便的實(shí)現(xiàn)微納米粒子功能結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)造。
[0012]本實(shí)用新型通過磁場來控制磁性材料顆粒按照豎直磁力線有序排列(比如是長棒狀顆粒將會(huì)全部豎立起來有序排列)，由于磁場的調(diào)控非接觸、十分靈活簡易，故圖形化微納結(jié)構(gòu)的精細(xì)構(gòu)造很精確可控，各種磁性材料顆粒的平行直線、曲線排布均可實(shí)現(xiàn)，另外激光束的掃描軌跡使得僅僅掃描軌跡上的顆粒被焊接，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了微納結(jié)構(gòu)的整體圖形化。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型所述激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置圖；
[0014]圖中各標(biāo)號(hào)的含義如下:
[0015]圓柱筒形工作臺(tái)1、線圈2、基板夾持機(jī)構(gòu)3、掃描聚焦透鏡4、XY兩軸激光振鏡5、圓孔6、激光入射孔7、基板8、磁性材料顆粒9。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置，包括圓柱筒形工作臺(tái)1、線圈2、基板夾持機(jī)構(gòu)3、掃描聚焦透鏡4和XY兩軸激光振鏡5 ；
[0018]所述圓柱筒形工作臺(tái)I內(nèi)部中空，上表面為工作面，工作面上放置有待制備微納結(jié)構(gòu)的基板8，所述基板8需要通過基板夾持機(jī)構(gòu)3夾持固定，防止其在加工過程中發(fā)生位置變化。
[0019]線圈2沿圓柱筒形工作臺(tái)I的圓周方向纏繞，用于在通電時(shí)產(chǎn)生與基板8垂直的豎直方向磁場。
[0020]所述工作面上設(shè)置有一圓孔6，所述圓孔6上安裝有全透保護(hù)鏡片。所述圓柱筒形工作臺(tái)I的側(cè)面設(shè)置有一激光入射孔7，掃描聚焦透鏡4和XY兩軸激光振鏡5均安裝在圓柱筒形工作臺(tái)I的內(nèi)部中空腔內(nèi)；
[0021]其中，XY兩軸激光振鏡5包括垂直安裝、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)激光平面反射鏡(分別稱為X、Y軸激光平面反射鏡)。
[0022]外部激光束從激光入射孔7水平入射至XY兩軸激光振鏡5，經(jīng)XY兩軸激光振鏡5的反射后垂直入射至掃描聚焦透鏡4，激光束經(jīng)掃描聚焦透鏡4聚焦后透過全透保護(hù)鏡片輸出聚焦光斑至基板8的背面。
[0023]XY兩軸激光振鏡5中X、Y軸激光平面反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)使激光聚焦光斑分別在X、Y軸上移動(dòng)，兩個(gè)鏡面協(xié)同動(dòng)作使激光聚焦光斑可以在基板8的背面完成直線和各種曲線的移動(dòng)，光束入射角與像面上的光斑位置滿足線性關(guān)系，從而通過控制入射光束的掃描角即可來控制光斑的位置。
[0024]上述激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置使用時(shí)必須如圖1所示的方式放置，不能倒置或傾斜。其具體工作原理和過程為:
[0025]將基板8通過基板夾持機(jī)構(gòu)3夾持固定在圓柱筒形工作臺(tái)I的工作面上；并在基板8表面放置一定厚度的微、納米尺寸的磁性材料顆粒9 (要求基板和磁性材料顆粒選擇合適的材料體系，使得基板的熔點(diǎn)至少高于磁性材料顆粒的熔點(diǎn)100攝氏度以上)，之后將線圈2通電，施加磁場，使得磁性材料顆粒9在基板8表面按照磁場的磁力線有序排列；之后，輸入激光束，激光束經(jīng)XY兩軸激光振鏡5反射以及掃描聚焦透鏡4聚焦后透過全透保護(hù)鏡片輸出聚焦光斑至基板8的背面，激光束輻照處吸收激光能量而發(fā)生極速升溫，使得基板8的背面被輻照的區(qū)域不發(fā)生熔化或僅僅薄層熔化；對(duì)應(yīng)基板8的正面微小區(qū)域由熱傳導(dǎo)而經(jīng)歷極速加熱和極速冷卻，使得磁性材料顆粒表面僅僅部分熔化，冷卻后實(shí)現(xiàn)磁性材料顆粒9與基板8的焊接。
[0026]本實(shí)用新型可改變?yōu)槎喾N方式對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本實(shí)用新型的范圍。所有這樣的對(duì)所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，包括圓柱筒形工作臺(tái)(1)、線圈(2)、基板夾持機(jī)構(gòu)(3)、掃描聚焦透鏡(4)和XY兩軸激光振鏡(5); 所述圓柱筒形工作臺(tái)(I)內(nèi)部中空，上表面為工作面，工作面上放置有待制備微納結(jié)構(gòu)的基板(8)，所述基板(8)通過基板夾持機(jī)構(gòu)(3)夾持固定；所述工作面上設(shè)置有一圓孔(6)，所述圓孔(6)上安裝有全透保護(hù)鏡片；所述線圈(2)沿圓柱筒形工作臺(tái)⑴的圓周方向纏繞，用于在通電時(shí)產(chǎn)生與基板(8)垂直的豎直方向磁場；所述圓柱筒形工作臺(tái)(I)的側(cè)面設(shè)置有一激光入射孔(7)，掃描聚焦透鏡(4)和XY兩軸激光振鏡(5)均安裝在圓柱筒形工作臺(tái)(I)的內(nèi)部中空腔內(nèi)； 外部激光束從激光入射孔(7)水平入射至XY兩軸激光振鏡(5)，經(jīng)XY兩軸激光振鏡(5)的反射后垂直入射至掃描聚焦透鏡(4)，激光束經(jīng)掃描聚焦透鏡(4)聚焦后透過全透保護(hù)鏡片輸出聚焦光斑至基板(8)的背面。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種激光背面焊接制備正面微納結(jié)構(gòu)的裝置，包括圓柱筒形工作臺(tái)、線圈、基板夾持機(jī)構(gòu)、掃描聚焦透鏡和XY兩軸激光振鏡；圓柱筒形工作臺(tái)內(nèi)部中空，上表面為工作面，工作面上放置有待制備微納結(jié)構(gòu)的基板，所述基板通過基板夾持機(jī)構(gòu)夾持固定；所述工作面上設(shè)置有一圓孔，所述圓孔上安裝有全透保護(hù)鏡片；所述線圈沿圓柱筒形工作臺(tái)的圓周方向纏繞，用于在通電時(shí)產(chǎn)生與基板垂直的豎直方向磁場；所述圓柱筒形工作臺(tái)的側(cè)面設(shè)置有一激光入射孔，掃描聚焦透鏡和XY兩軸激光振鏡均安裝在圓柱筒形工作臺(tái)的內(nèi)部中空腔內(nèi)。本實(shí)用新型利用磁場和激光束復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了微、納米尺度磁性材料顆粒的自組裝和裝配，相比傳統(tǒng)方法更加靈活，可控性好。
【IPC分類】B23K26-064, B23K26-21, B23K26-70
【公開號(hào)】CN204504508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520251181
【發(fā)明人】于艷玲
【申請(qǐng)人】溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日