14、激光微加工与超音速激光沉积技术：原理、应用与优势

激光微加工与超音速激光沉积技术：原理、应用与优势

在现代制造业中，激光技术在微加工和涂层制备领域发挥着至关重要的作用。本文将深入探讨两种先进的激光应用技术：光子纳米射流激光微加工和超音速激光沉积制备 Ni60 - Ni 复合涂层技术。

光子纳米射流激光微加工

光子纳米射流是一种独特的光学现象，可用于实现纳米尺度的激光微加工。这种技术在提高能量密度和实现小孔加工方面具有显著优势。

无间隙光子纳米射流的小孔加工

无间隙光子纳米射流的能量密度可增强至入射激光束能量密度的约 10 倍。在小孔加工过程中，观察加工孔的横截面轮廓可以发现，加工孔周围呈现出凸起的形状。这是因为排列在硅基板上的微球阻碍了被蚀除材料的移除，导致被蚀除材料堆积在加工孔周围。虽然低能量密度就能实现小孔加工，但加工质量并不高。

有间隙光子纳米射流的小孔加工

有间隙光子纳米射流的产生需要较大的激光照射光斑直径，因此很难获得高于 5 mJ/cm² 的能量密度。在能量密度为 5 mJ/cm² 和 2.5 mJ/cm² 的条件下进行小孔加工，照射脉冲数调整为 160,000，在 12 个点进行加工。结果表明，当微球的入射能量密度低至 2.5 mJ/cm² 时，仍可实现小孔加工。在 5 mJ/cm² 的能量密度下，12 个点都能成功加工出小孔；而在 2.5 mJ/cm² 的能量密度下，12 个点中有 1 个点可以加工出小孔。

通过原子力显微镜（AFM）观察加工孔的图像，并对测量结果进行分析，发现孔的直径和深度随能量密度的增加而增大，与无间隙光子纳米射流的测量结果趋势一致。使用有间隙光子纳米射流可以实现亚微米级的孔直径。加工孔的纵横比计算结果显示