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基于激光3D加工处理系统的含Cu材料表面处理技术研究

发布时间:2018-08-05 09:49
【摘要】:激光表面处理技术利用激光对材料表面照射,实现其结构改变而获得某些新特性,其中激光三维(3D)表面处理技术是目前研究的重要方向,具有效率高、可控性强、无污染等优点,在电子制造业、材料科学等领域有着广泛的应用。本文针对应用广泛的含Cu材料,基于光的电磁传播理论并结合菲涅尔方程,建立了Cu对激光吸收率的理论模型,分析了波长、功率、激光模式、离焦量、脉冲波形等参数对其表面处理效果的影响,搭建了激光3D加工处理系统,进行了表面改性处理实验,并在实验基础上制作了手机天线样品,取得了良好效果。本文的主要工作:1、基于光的电磁传播理论并结合菲涅尔方程,建立了Cu对不同波长激光吸收率模型,研究了近红外及中红外激光对含Cu材料表面特性的影响,为含Cu材料的激光表面处理技术奠定了理论基础。对两种激光处理后的Cu络合物进行扫描电子显微镜(SEM)及光电子能谱(XPS)分析,测量了两种激光处理后的样品表面组分及还原性Cu1+的含量,分析了两种红外激光对Cu络合物分子结构及表面微观形貌的影响。2、研究了激光功率密度及离焦量对黄铜表面氧化物处理效果的影响,结合激光等离子体作用原理,探索了正、负离焦量对激光等离子体冲击波力学作用机制的影响;基于热传导理论,利用二维瞬态温度场分布模型,计算了不同激光功率及离焦量下的黄铜表面温度场;通过SEM-EDS及XPS,测量了激光功率与离焦量对黄铜表面氧化物Cu离子的价态及含量的影响。3、研究了脉冲波形对Cu络合物表面改性处理效果的影响,结合激光热辐射理论,分析了不同脉冲波形对Cu络合物分子结构及表面微观形貌的影响。通过对化学镀后样品表面镀层厚度及附着力的分析,获得了Cu络合物表面处理的最佳脉冲波形。4、采用掺镱光纤激光器、动态聚焦镜、X-Y扫描振镜组及f-theta平场聚焦透镜搭建了激光3D加工处理系统,并对系统误差进行校正,提高了系统的精度及稳定性。
[Abstract]:Laser surface treatment technology uses laser to irradiate the surface of material to realize its structure change and obtain some new characteristics. Among them, laser three-dimensional (3D) surface treatment technology is an important research direction at present, which has high efficiency and strong controllability. No pollution and other advantages, in electronic manufacturing, materials science and other fields have a wide range of applications. In this paper, based on the electromagnetic propagation theory of light and Fresnel equation, a theoretical model of laser absorptivity of Cu is established. The wavelength, power, laser mode, defocus are analyzed. The effect of pulse waveform and other parameters on the surface treatment effect was studied. A laser 3D processing system was set up, the surface modification experiment was carried out, and a mobile phone antenna sample was made on the basis of the experiment, and good results were obtained. In this paper, based on the electromagnetic propagation theory of light and Fresnel equation, the absorptivity model of Cu laser with different wavelengths is established, and the effects of near-infrared and mid-infrared lasers on the surface properties of Cu containing materials are studied. It lays a theoretical foundation for laser surface treatment of Cu containing materials. Two kinds of laser treated Cu complexes were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and photoelectron spectroscopy (XPS). The surface composition and reductive Cu1 content of the samples were measured. The effects of two kinds of infrared lasers on the molecular structure and surface morphology of Cu complex were analyzed. The effects of laser power density and defocusing on the surface oxide treatment of brass were studied. Based on the theory of heat conduction, the temperature field of brass surface under different laser power and defocus is calculated by using two-dimensional transient temperature field distribution model. The effects of laser power and defocus on the valence state and content of Cu ion on brass surface were measured by SEM-EDS and XPS. The effect of pulse waveform on the surface modification of Cu complex was studied. The effects of different pulse waveforms on the molecular structure and surface morphology of Cu complex were analyzed. The best pulse wave of Cu complex surface treatment was obtained by analyzing the thickness and adhesion of the coating on the surface of the electroless plating sample. The Yb doped fiber laser was used. A laser 3D processing system is built for dynamic focusing mirror X-Y scanning vibrating mirror and f-theta flat field focusing lens. The system error is corrected and the accuracy and stability of the system are improved.
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG665

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