激光纳米制造技术

3.3激光打孔

金属材料被功率密度为106～109W/cm²的激光辐射时会产生熔化或气化，并喷出固态微粒。激光打孔速度快，可获得很大的深径比，可在硬、脆、软等各类材料上进行加工，也可在难加工材料的倾斜面上加工小孔。微细激光打孔的效率高，适合于自动化连续加工，加工的孔径可小于φ10μm，深径比可达50：1以上，并可以加工异型孔。

3.4 激光淬火

激光淬火是采用高能量密度的激光束快速地照射被处理的工件，被照射的区域瞬间吸收光辐射能量，并立即转化成热能，使被照射的金属或合金表面温度以极快的速度升到高于相变点而低于熔化温度，当激光束离开被照射的部位时，由于热传导的作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，进而实现工件的表面相变硬化。激光淬火仅对工件局部表面进行，且硬化层可精确控制，因而它是精密的节能热处理技术。激光淬火后，工件变形小，几乎无氧化脱碳现象，表面粗糙度低，可成为工件加工的最后工序。激光淬火的硬度比常规淬火提高15％一20％，可实现自冷淬火，不需要水、油等淬火介质，避免了环境污染，工艺过程易于实现自动化。

3.5 激光微加工

激光微加工技术包括激光热加工和激光化学加工。激光热加工是利用透镜将激光能量聚焦到工件表面的微小区域上，使物质迅速气化而形成微孔或微槽。激光光点直径理论上可达1μm以下，热变形小；由于激光功率密度高，可以加工常规方法难以加工的材料，装置简单，工作性能好。激光化学加工是采用强聚焦的紫外光或可见光激光束，用其穿透稠密的、化学性质活泼的基片表面的气体或液体，有选择地对气体或液体进行激发，使受激发气体或液体与基底进行微观化学反应而达到微细加工的目的。激光可以使用CO2激光、氩离子激光、ND：YAG激光、铜蒸气激光和准分子激光等。该技术主要用来加工微孔、微槽、微管道以及悬臂等微结构。

4.激光纳米制造技术的发展

微制造技术被誉为20 世纪十大关键技术之首。激光纳米制造技术是一个前景广阔但远未成熟的研究领域。目前，由于受到衍射极限的基本限制，常用激光制作小于100 nm 特征尺寸的能力仍显不足。虽然通过近场原理并结合近场扫描光学显微镜以及原子力显微镜等先进工具，可以将特征尺寸降低到所希望的水平，但需要认识到这些先进工具本身也仍处于发展的初期，特别是难以满足对纳米结构和纳米器件的大面积和高效率生产要求。因此，不断突破激光纳米制造的尺度极限，逐步提高加工的可重复性和效率，实现高精度纳米结构的制造以及大尺寸跨尺度结构或构件的制造，仍是激光纳米制造领域存在的主要挑战。

纳米材料所具有的小尺寸效应、表面效应、量子效应以及特殊的光学、磁学、热学、力学、化学性质，使得纳米制造表现出许多完全不同于宏观制造的理论、机理和方法。深入理解激光与材料在纳米尺度范围内相互作用的机理是应用激光纳米制造新原理、新方法的基础，同时也是纳米制造领域面临的需要进一步研究的核心问题。随着对激光与材料的相互作用理解的深入，许多激光与材料相互作用机理的争议将逐步澄清、取得共识。能量的吸收、传递、转化过程将得以较为全面地揭示，对制造中能量过程的掌控将更趋成熟。在此基础上，研究激光纳米制造的新原理、新方法、新技术和新工艺，并进一步研究将激光与控制系统、运动系统、外围保护、安全系统等集成为完整的、功能强大的先进纳米制造系统，实现成套装备的智能、高效、一体化制造，用于制造新产品，甚至形成新的产业，是未来激光纳米制造领域的主要发展趋势。

参考文献

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