【摘要】：激光表面處理技術(shù)利用激光對(duì)材料表面照射,實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)改變而獲得某些新特性,其中激光三維(3D)表面處理技術(shù)是目前研究的重要方向,具有效率高、可控性強(qiáng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),在電子制造業(yè)、材料科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)應(yīng)用廣泛的含Cu材料,基于光的電磁傳播理論并結(jié)合菲涅爾方程,建立了Cu對(duì)激光吸收率的理論模型,分析了波長(zhǎng)、功率、激光模式、離焦量、脈沖波形等參數(shù)對(duì)其表面處理效果的影響,搭建了激光3D加工處理系統(tǒng),進(jìn)行了表面改性處理實(shí)驗(yàn),并在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上制作了手機(jī)天線樣品,取得了良好效果。本文的主要工作:1、基于光的電磁傳播理論并結(jié)合菲涅爾方程,建立了Cu對(duì)不同波長(zhǎng)激光吸收率模型,研究了近紅外及中紅外激光對(duì)含Cu材料表面特性的影響,為含Cu材料的激光表面處理技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。對(duì)兩種激光處理后的Cu絡(luò)合物進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)及光電子能譜(XPS)分析,測(cè)量了兩種激光處理后的樣品表面組分及還原性Cu1+的含量,分析了兩種紅外激光對(duì)Cu絡(luò)合物分子結(jié)構(gòu)及表面微觀形貌的影響。2、研究了激光功率密度及離焦量對(duì)黃銅表面氧化物處理效果的影響,結(jié)合激光等離子體作用原理,探索了正、負(fù)離焦量對(duì)激光等離子體沖擊波力學(xué)作用機(jī)制的影響;基于熱傳導(dǎo)理論,利用二維瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布模型,計(jì)算了不同激光功率及離焦量下的黃銅表面溫度場(chǎng);通過(guò)SEM-EDS及XPS,測(cè)量了激光功率與離焦量對(duì)黃銅表面氧化物Cu離子的價(jià)態(tài)及含量的影響。3、研究了脈沖波形對(duì)Cu絡(luò)合物表面改性處理效果的影響,結(jié)合激光熱輻射理論,分析了不同脈沖波形對(duì)Cu絡(luò)合物分子結(jié)構(gòu)及表面微觀形貌的影響。通過(guò)對(duì)化學(xué)鍍后樣品表面鍍層厚度及附著力的分析,獲得了Cu絡(luò)合物表面處理的最佳脈沖波形。4、采用摻鐿光纖激光器、動(dòng)態(tài)聚焦鏡、X-Y掃描振鏡組及f-theta平場(chǎng)聚焦透鏡搭建了激光3D加工處理系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行校正,提高了系統(tǒng)的精度及穩(wěn)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.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG665

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本文編號(hào)：2165417