激光器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)百度文庫(kù)講解

1、激光器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)摘要：簡(jiǎn)述了激光精密加工技術(shù)及其特點(diǎn)；綜述了激光精密加工的應(yīng)用現(xiàn)狀； 探討了激光精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。激光加工技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，促 進(jìn)了激光加工技術(shù)向工業(yè)化發(fā)展。為此，介紹了幾種應(yīng)用較廣泛的激光加工技術(shù)； 重點(diǎn)討論了激光硬化和激光培磨技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。摘要由于在光通信光數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)傳感技術(shù) 醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng) 用近幾年來(lái)光纖激光器發(fā)展十分迅速本文簡(jiǎn) 要介紹了光纖激光器的工作原理及特性，并對(duì)目前多種光纖激光器作了較為詳細(xì)的 分類；同時(shí)介紹了近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)于光纖激光器的研究 方向及其目前的熱點(diǎn)是高 功率光纖激光器、窄線寬可調(diào)諧光纖激光器和超短脈沖光纖激光

2、器；最后指出光 纖激光器向高功率、多波長(zhǎng)、窄線寬發(fā)展的趨勢(shì).:結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)光機(jī)電一 體化研究室近幾年對(duì)激光加工技術(shù)研究的初步成果 ，對(duì)激光加工技術(shù)的特點(diǎn)，激光加工 技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r，以及激光加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，同 時(shí)分析了我國(guó) 激光加工產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并提出了應(yīng)采取的對(duì)策前言1概述激光加工是20世紀(jì)60年代初期興起的一項(xiàng)新技術(shù)，此后逐步應(yīng)用于機(jī)械、汽 車、航空、電子等行業(yè)，尤以機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展速度最快。在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛使用又推動(dòng)了激光 加工技術(shù)的工業(yè)化。20世紀(jì)70年代,美國(guó)進(jìn)行了兩大研究： 一是福特汽車公司進(jìn)行的車身鋼板的激光焊接；二是通用汽車公司進(jìn)行

3、的動(dòng)力轉(zhuǎn) 向變速箱內(nèi)表面的激光淬火。這兩項(xiàng)研 究推動(dòng)了以后的機(jī)械制造業(yè)中的激光加工 技術(shù)的發(fā)展。到了 20世紀(jì)80年代后期，激光加工的應(yīng)用實(shí)例有所增加，其中增長(zhǎng) 最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。這 3項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用 也很廣泛。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，激光琦磨技術(shù)的出現(xiàn)又將 激光微細(xì)加工技術(shù) 在機(jī)械加工中的應(yīng)用翻開了嶄新的一頁(yè)。激光加工技術(shù)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗c傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：一、是非接觸加工，沒(méi)有機(jī)械力； 二、是可以加工高硬度、高熔點(diǎn)、極脆的難加工材料 ；三、是加工區(qū)小，熱變形很小， 加工質(zhì)量高；四是與現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，使激光加工具有加工精

4、度高、可控性好、 程序簡(jiǎn)單、省料及污染少等特點(diǎn)。 下面綜合介紹應(yīng)用比較廣泛的幾種激光加工技 術(shù)。目前，激光加工技 術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，在國(guó) 民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用1激光加工的實(shí)質(zhì)是激光將能量傳遞給被加工材料，被加工材料發(fā)生物理或化學(xué) 變化，從而達(dá)到加工的目的.按照激光與被加工工件之間作用機(jī)理的不同，可將激光 加工分為兩類：一類是激光熱加工，一類是激光冷加工.激光熱加工是指激光作用于 加工工件表面所引起的快速熱效應(yīng)的各種加工過(guò)程，如激光焊接、激光打孔、激 光切割等；激光冷加工是指激光借助高能量高密度光子引發(fā)或控制光化學(xué)反應(yīng)的各 種加工過(guò)程，亦稱為激光

5、光化學(xué)反應(yīng)加工，如激光刻蝕、激光摻雜、表面氧化等.激 光加工技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，如機(jī)械制造、紡織、 醫(yī)療器械、汽車、航天航 空、電子電器、電站電機(jī)、量具刃具、冶金、化工、包裝、測(cè)量、 建筑以及工藝 裝飾等行業(yè)3.在發(fā)達(dá)國(guó)家的加工行業(yè)中，已經(jīng)逐步進(jìn)入了激光加工的時(shí) 代.日本的 激光加工已經(jīng)占到整個(gè)加工業(yè)的10%以上;在激光醫(yī)療及激光檢測(cè)技術(shù)方面美 國(guó)處 于領(lǐng)先地位，美國(guó)也是最早將高功率激光器引入汽車工業(yè)的國(guó)家；在激光材料加工 設(shè)備方面德國(guó)走在了世界前列.據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球現(xiàn)在有激光加工站5 000多家，主要分布 在美國(guó)、日本和歐洲.我國(guó)的激光加工技術(shù)研究雖然與世界先進(jìn)水平有一定差距，但起步也并不晚

6、，1961年就研制成功第一臺(tái)紅寶石激光器.但激光加工技術(shù)真正得到長(zhǎng)足發(fā)展 還是在改革開放以后.發(fā)展較快的地區(qū)是湖北、北京、上海等省市.以激光為特色的光電子信息產(chǎn)業(yè),作為一支產(chǎn)業(yè)新軍迅速崛起.不論從科技、經(jīng)濟(jì)、以及社會(huì)效益 上，都取得了重要成就和巨大進(jìn)步.激光加工技術(shù)特點(diǎn)激光具有高亮度、方向性強(qiáng)、 單色性好、相干性好、空間控 制和時(shí)間控制性好等優(yōu)越性能，容易獲得超短脈沖和 小尺寸光斑，能夠產(chǎn)生極高的能量密度 和功率密度，幾乎能加工所有的材料，例如，塑 料，陶瓷，玻璃，金屬，半導(dǎo)體材料，復(fù)合材料等等，以及生物/醫(yī)用材料，特別適用于加 工自動(dòng)化，而且對(duì)被加工材料的形狀、 尺寸和加工環(huán)境要求很低.激光

7、加工具有很多優(yōu)點(diǎn)，如下所述.激光加工屬無(wú)接觸加工1:激光加工是通過(guò)激光光束進(jìn)行加工，與 被加工工件不直接接觸，降低了機(jī)械加工慣性和機(jī)械 變形，方便了加工.同時(shí)，還可 加工常規(guī)機(jī)械加工不能或很難實(shí)現(xiàn)的加工工藝，如內(nèi)雕、集成電路打微孔、硅片的刻劃等.加工質(zhì)量好，加工精度高：由于激光能量密度高可瞬時(shí) 完成加工，與傳統(tǒng)機(jī)械 加工相比，工件熱變形小、無(wú)機(jī)械變形，使得加工質(zhì)量顯著提高；激光可通過(guò)光學(xué)聚焦鏡聚焦，激光 加工光斑非常小，加工精度很高,如PC機(jī)硬盤高速轉(zhuǎn)子采用激光平衡技術(shù),其轉(zhuǎn)子平衡精度可達(dá)微米 或亞微米級(jí)5加工效率高：激光切割可比常規(guī)機(jī)械切割提高加工效率幾十倍甚至上百倍；激光 打孔特別是微孔可

8、比常規(guī)機(jī)械打孔提高效率幾十倍至上千倍；激光焊接比常規(guī)焊接提高效率幾十 倍;激光調(diào)阻可提高效率上千倍，且精度亦顯著提高；材料利用率高，經(jīng)濟(jì)效益高：激光加工與其他加工技術(shù)相比可節(jié)省材料 10 30%, 可直接節(jié)省材料成本費(fèi)，且激光加工設(shè)備操作維護(hù)成本低，對(duì)加工費(fèi)用降低提供了 先決條件.激光加工具有優(yōu)越的加工性能，使得激光加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益.目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光快速成 形技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光刻 蝕技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲(chǔ)技術(shù)、激 光劃線技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱 處理和表面處理技術(shù).下面以幾種

9、常用的加工工藝為例進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹.激光快速成型技術(shù)激光快速成型技術(shù)是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一門高新技術(shù)，它是利用激光技 術(shù)、CAX技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和新材料技術(shù)，直接造型，快速制造產(chǎn)品模型的一 門多學(xué)科綜合技術(shù).激光快速成型技術(shù)一改傳統(tǒng)加工去除”成型加工工藝，改為堆 積”成型加工工藝，在加工領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義.激光快速成型技術(shù)中LOM工藝， 是利用CAD模型設(shè)計(jì)功能和CAM加工制造功能，不需要工程圖紙,將設(shè)計(jì)模型數(shù) 據(jù)直接切片生成加工代碼，快速制造出設(shè)計(jì) 模型樣件或樣機(jī).在新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階 段，采用激光快速成型技術(shù)可有效縮短設(shè)計(jì)周期.如河北工業(yè)大學(xué)快速成型中心，對(duì) 某型號(hào)汽車除霜管設(shè)計(jì)制造

10、在一兩天中即可完成，并取得了良好的效果.目前，激光 快速成型技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、玩具制造等行業(yè)6激光焊接技術(shù)激光焊接是利用高能量激光束照射焊接工件，工件受熱融化，然后冷卻得到焊 接的目的. 激光焊接的顯著特征是大熔、焊道、小熱影響區(qū)，以及高功率密度，大氣壓力下 進(jìn)行 不要求保護(hù)氣體，不產(chǎn)生X射線，在磁場(chǎng)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)束偏移，更加之該法焊速快、與 工件無(wú)機(jī)械接觸、可焊接磁性材料便于實(shí)現(xiàn)遙控等優(yōu)點(diǎn)，尤其可焊高熔點(diǎn)的材料和 異種金屬,并且不需要添加材料，因此很快在電子行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化.激光焊接有 兩種基本方式：傳導(dǎo)焊與深熔（小孔焊.國(guó)外利用固體Y AG激光器進(jìn)行縫焊和點(diǎn)焊， 已有很高的水平.

11、另外，用激光焊接印刷電路的引出線，不需要使用焊劑，并可減少熱沖擊，對(duì)電路管 芯無(wú)影響.日本自90年代以來(lái)，在電子行業(yè)的精密焊接方面已實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)焊向激光 焊接的轉(zhuǎn)變.目前，激光焊接主要應(yīng)用在汽車行業(yè)，如汽車車身的焊接（美國(guó)福特汽車 公司，日本本田、尼桑汽車公司等，底板焊接（西德大眾，發(fā)動(dòng)機(jī)懸架焊接（奧迪轎車 等等7激光打孔技術(shù)激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一.激光打孔在微細(xì)孔加工中的應(yīng) 用，解決了一些傳統(tǒng)機(jī)械 加工不能解決的難題，為微孔加工提供了先進(jìn)的加工手段. 在上世紀(jì)90年代，激光打孔技 術(shù)就朝著多樣化、高速度、高

12、精度、直徑更微小的方 向發(fā)展.例如在飛機(jī)機(jī)翼上打5萬(wàn)個(gè) 直徑為0.064 mm的小孔，可以大大減小氣流對(duì)飛機(jī)的阻力，取得節(jié)油40%的良好效果.我國(guó)從上世紀(jì)60年代開始在鐘表行業(yè)中使 用激光加工技術(shù)，對(duì)寶石軸承進(jìn)行激光打孔.激光切割技術(shù)自從1967年Sullivan和Houldcroft首先提出并實(shí)現(xiàn)用吹氧氣法進(jìn)行金屬激光 切割以來(lái)，激光切割以其切割范圍廣、切割速度高、切縫窄、切割面粗糙度低、熱 影響區(qū)域小、加工柔性好、可實(shí)現(xiàn)眾多復(fù)雜零件的切割等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣.激 光切割技術(shù)可廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低 加工成本，提高工件質(zhì)量.脈沖激光適用于金屬材料,連續(xù)激

13、光適用于非金屬材料，后 者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域.目前，激光切割主要應(yīng)用在航空航天工業(yè)和汽車 制造業(yè)中，如飛機(jī)框架、尾翼壁板、飛機(jī)主旋翼、汽車車架等切割.激光打標(biāo)技術(shù)激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一.激光打標(biāo)是利用高能量密度的 激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下 永久性標(biāo)記的一種打 標(biāo)方法.激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等，字符大小 可以從毫米量到微米量級(jí)，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義.準(zhǔn)分子激光打標(biāo)是近年來(lái) 發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用于金屬打標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)亞微米打標(biāo)，目前，廣泛用于微 電子工業(yè)、生物工程、食品包裝和防偽 鑒別等領(lǐng)域.激光

14、刻蝕技術(shù)自從首次報(bào)道準(zhǔn)分子激光能獲得快速、高分辨光刻以來(lái)，人們?cè)诎耸甏磳?duì)準(zhǔn)分子激光光刻進(jìn)行了大量研究.盡管電子束、X射線、離子束具有更短的波長(zhǎng)，在 提高分辨率方面有更多好處，但曝光源、掩模、抗蝕劑、成像光學(xué)系統(tǒng)方面存在極 大的困難.而相反，準(zhǔn)分子光 刻有著明顯的經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)實(shí)性，它將光學(xué)光刻擴(kuò)展至 DUV和VUV ,其高功率大大縮短了 基片曝光時(shí)間，分辨率易獲得亞微米線寬，掩模 和抗蝕劑問(wèn)題易解決.1992年美國(guó)舊M公司將準(zhǔn)分子光刻機(jī)用于生產(chǎn)線上，商品化的XL-1型193 nm光刻機(jī)能獲得0.25 m線寬光刻 膠圖形.最近的相移掩模技術(shù)，將 準(zhǔn)分子光刻分辨率提高到0.13 m以下.另一方面，

15、準(zhǔn)分子激光直刻有機(jī)和無(wú)機(jī)物材 料方面有著獨(dú)到之處，單脈沖去除深度在0.05 0.1 m之間，這使得通過(guò)簡(jiǎn)單的脈沖 計(jì)數(shù)即可獲得高精密切削.將準(zhǔn)分子光刻裝備進(jìn)行適合于材料加工的改進(jìn),如使掩 模及整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)能承受更大激光峰值功率密度，采用高倍率投影物鏡，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)殘?jiān)コ到y(tǒng)等等，則非常適于新近迅速發(fā)展起來(lái)的微結(jié)構(gòu)、微機(jī)械的加工技術(shù).目前，英國(guó)Exitech公司,彳惠國(guó)Microlas公司，日本浜松光子公司先后推出了商品化微 結(jié)構(gòu)加工用準(zhǔn)分子激光微加工裝備.激光刻蝕技術(shù)主要應(yīng)用在高集成度電路的制作 激光微調(diào)技術(shù)激光微調(diào)主要用于調(diào)整厚膜電路或薄膜電路中的電阻、電容以及其他多種功能參數(shù).激光調(diào)阻時(shí)，受到照射的部位受熱汽化揮發(fā)，阻值區(qū)域截面面積減 小，隨之阻值增大.過(guò)去對(duì)厚膜電阻采 用機(jī)械磨蝕法，對(duì)薄膜電阻采用電火花燒蝕法 但這種調(diào)整法的精度、效率都很低，對(duì)工件產(chǎn)生嚴(yán)重污染，引起調(diào)阻后阻值漂移，改用激光微調(diào)則有很大的優(yōu)越性.激光微 調(diào)的實(shí)質(zhì)是 打孔，每次打孔都很淺，約至幾十納米至幾十微米之間，然后通過(guò)連續(xù)不 斷的打孔，搭接成一條線.激光微調(diào)電阻除用強(qiáng)光照射將部分電阻膜氣化外，還可通過(guò)無(wú)損傷照射改變膜的結(jié) 構(gòu)達(dá)到調(diào)整阻值的