用于工件的激光钻孔或激光切割的方法

摘要

本发明涉及一种用于工件(2)的激光钻孔或激光切割的方法，其中，由激光器发射出的电磁辐射(10)照射到工件(2)上并且在工件(2)的背离激光器的一侧存在液体(16)，在该液体中包含纳米颗粒(18)，使得当电磁辐射(10)穿过工件(2)后由激光器散射出的该电磁辐射(10)照射到纳米颗粒(18)上，其中，所述纳米颗粒这样构成，使得所述电磁辐射(10)的主要部分被所述纳米颗粒(18)吸收，其方式是，所述电磁辐射(10)在纳米颗粒(18)中产生集体激发，尤其是等离子体，例如表面等离子体。

权利要求

1.用于工件(2)的激光钻孔或激光切割的方法，其中，-由激光器发射出的电磁辐射(10)照射到工件(2)上并且-在工件(2)的背离激光器的一侧存在液体(16)，在该液体中包含纳米颗粒(18)，-使得当电磁辐射(10)穿过工件(2)后由激光器发射出的该电磁辐射(10)照射到纳米颗粒(18)上，其特征在于，所述纳米颗粒这样构成，使得所述电磁辐射(10)的50％以上被所述纳米颗粒(18)吸收，其方式是，所述电磁辐射(10)在纳米颗粒(18)中产生集体激发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)的大小和/或形状与用于产生集体激发的电磁辐射协调。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)具有椭圆体形状、小棒形状、八面体或十面体形状或者方形形状。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)具有处于380nm到

650nm之间的波长。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)具有处于950nm到

1100nm之间的波长。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，这样选择所述纳米颗粒(18)在至少一个空间方向上的空间延伸尺度，使得集体激发的激发能量相应于电磁辐射(10)的能量。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)中的至少一些是金属颗粒。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)中的至少一些至少部分地由硫族化物组成。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)中的至少一些布置在微颗粒的表面上。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)中的至少一些是碳纳米管。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒(18)中的至少一些在其表面上具有光敏基质。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述液体(16)以小于4g/l的浓度包含纳米颗粒(18)。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)在纳米颗粒(18)中产生等离子体。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述等离子体是表面等离子体。

15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)具有处于500nm到

530nm之间的波长。

16.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)具有515nm的波长。

17.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)具有处于1000nm到

1050nm之间波长。

18.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射(10)具有1030nm的波长。

19.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒由金、银、铜、铂或这些元素中的多个的合金组成。

20.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述硫族化物为硒化铜和/或硫化铜。

21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述液体(16)以小于2g/l的浓度包含纳米颗粒(18)。

22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述液体(16)以小于1g/l的浓度包含纳米颗粒(18)。

说明书

用于工件的激光钻孔或激光切割的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于工件的激光钻孔或激光切割的方法，其中，由激光器散射出的电磁辐射照射到工件上并且在工件的背离激光器的侧上存在液体，在该液体中包含纳米颗粒，使得当由激光器散射出的电磁辐射穿过工件后该电磁辐射照射到纳米颗粒上。

背景技术

[0002] 为了在经济的工艺时间内借助激光器产生具有高的长径比和极好的棱边质量的钻孔，需要具有高的脉冲能量的脉冲激光器。在由脉冲激光器散射出的电磁辐射穿过工件之后，该电磁辐射对处于光路中的其它材料和/或人员形成危险。尤其当其它材料相对于钻孔出口侧仅有小的距离时，该材料经常被射出的激光辐射损伤。钻孔过程或切割过程不能在损伤开始前中断，因为工件中的通孔在打开后还必须被加工到要求的形状。出现的损伤对于许多应用情况如喷射喷嘴的激光钻孔或涡轮叶片中的冷却孔的产生等是不能接受的。在切割具有小内径的管材时，例如在制造医用支架时，也会出现该问题。

[0003] 为了保护处于钻孔或者说切割孔后面的材料，由现有技术已知不同的做法。在所有做法中，在电磁辐射的射线方向上在工件的后面布置材料，以阻止电磁辐射引起损伤。原则上在此可以考虑固体材料、循环的液体和流体或颗粒悬浮液。

[0004] 由US 6,303,901 B1例如已知，在要钻孔的或要分离的材料与背面其它材料之间的中间空间中布置单原子气体或分子气体，该气体吸收激光辐射的光子并形成高密度等离子。在另一实施方式中，该中间空间用固体或高粘度液体填充。

[0005] 尤其使用固体材料来截获电磁辐射伴随一些缺陷。为了能够使用这种固体材料，例如陶瓷棒或陶瓷板，必须能够容易地从外部达到要穿过的工件和背面材料之间的空腔。而且中间置入的固体材料被去除并且必须被再推入或更新。此外，固体材料的通过激光器的电磁辐射而脱离的去除颗粒必须能在钻孔过程结束时被容易地去除。

[0006] 在制造具有例如八个分开的钻孔的喷射喷嘴时可能需要在每次钻孔后将置入的固体更新。这延长了工艺时间，降低了自动化潜能并且是耗费成本的。

[0007] 由WO 2007/089469 A2已知，将中间空间用干的、稳定的粉末例如氧化铝粉末来填充。在此，单个颗粒的大小选择在10pm到1000pm之间。但在该技术方案中也必须在钻孔后将粉末从空腔去除并为了下次钻孔而必要时再填入新鲜的粉末。

[0008] 相反，WO 00/69594 A1以及US 6,365,871 B1提出，使用包含颜料的液体。这些颜料可以这样选择，使得它们尤其吸收具有激光光线的波长的光子。在此，在颜料分子中发生电子激发，其中电子被提升到高能位。光子以此方式被吸收。

[0009] 但不利的是，这种颜料相对块地褪色并且对于激光器的电磁辐射来说变得透明。因此它们仅适用于短时吸收电磁辐射。此外它们通常仅具有相对小的吸收横截面。

[0010] 除了颜料外液体中还可以包含微颗粒，它们使入射的激光发散并从而使电磁辐射的能量密度减小，使得它们尤其与通过颜料进行的吸收相结合不再足以在不希望的部位去除材料。

[0011] 然而，为了达到由激光器散射出的电磁辐射的足够强的发散，液体中的颗粒浓度在这种情况下必须很高。这导致高粘度，其阻止狭窄空腔中的高流动速度。这一方面具有的缺点是，高粘度液体很难从尤其狭窄的空腔再去除，另一方面，在流动速度小的情况下存在这样的危险：电磁辐射使液体局部蒸发并从而在该区域中不再存在对处于后面的材料的保护。产生气泡，激光辐射可以几乎无阻碍地穿过它们。

发明内容

[0012] 因此，本发明的任务是，改进用于工件的激光钻孔或激光切割的方法，使得处于工件后面的材料的损伤即使在距离小的情况下也能安全避免，同时，具有纳米颗粒的液体能够容易地从可能小的空腔去除并且仍然能够长期使用。

[0013] 本发明通过按照权利要求1前序部分的方法解决所提出的任务，该方法的特征在于，纳米颗粒这样构成，使得电磁辐射的主要部分被纳米颗粒吸收，其方式是，电磁辐射在纳米颗粒中产生集体激发。

[0014] 处于液体中的纳米颗粒因此必须这样构造，使得电磁激光辐射能够耦合到集体激发上。对于集体激发在此当前理解为这样的激发：其激发能量与各个纳米颗粒的大小相关。尤其多种微粒例如纳米颗粒的原子、分子或电子参与到这种激发中。因此，集体激发从根本上区别于颜料中的负责吸收电磁辐射的激发。在颜料和色素中，电磁辐射的吸收这样进行：
分子或原子内的电子被提升到较高的能位。为此所需的激发能量基本与当前分子的数量无关，因为分别仅唯一一个负责并且经常仅一个单个电子参与激发过程。在本申请意义上的集体激发中则不同。在这种集体激发中，多个电子、原子核、原子或分子参与。为产生这种集体激发所需的能量在此取决于对应的纳米颗粒的大小。

[0015] 对于电磁辐射的主要部分尤其理解为电磁辐射50％的以上，有利地75％以上，特别优选90％以上。尤其重要的是，这样多的电磁辐射被吸收，使得保留的辐射份额不会引起处于背面腔中的材料的损伤。

[0016] 通过根据本发明的方法可明显提高例如通过激光钻孔制成的孔洞的质量。这涉及孔洞的不同方面。孔洞涉及钻入到工件的材料中的隧洞。它因此具有具有入口的前侧或入口侧和具有出口的背侧或出口侧。通常希望，入口侧上的入口的直径和出口侧上的出口的直径大致一样大。用激光扫描器和皮秒激光器进行的钻孔试验已经表明，例如当孔洞长度为700μm(该长度相应于要钻透的工件的厚度)时，出口侧上的出口的直径小于入口侧的入口的直接的一半。按照现有技术例如用糊状液体进行的背面腔保护的使用在所实施的试验中不能改善钻孔几何特征。但在这里不利的是，所使用的背面腔保护的颗粒沉积到要钻透的工件上。

[0017] 但如果使用在本发明中说明的纳米颗粒支持，即液体带有位于其中的纳米颗粒，则孔洞几何特征明显改善。试验表明，例如出口侧上的出口扩大。当孔洞长度为700μm(该长度相应于要钻透的工件的厚度)并且入口的直径为约120μm时出口的直径为约80μm。在此使用浓度为894mg/l的金纳米颗粒。此外发生出口侧上的孔洞的圆度的改善和棱边光滑。因此，通过本发明方法，意想不到地不仅保证了特别好的背面腔保护，而且同时也达到孔洞几何特征的明显改善。

[0018] 在现有技术的背面腔保护中，使用要使照射并穿过孔洞的激光辐射发散并从而降低其能量密度的微颗粒，与该背面腔保护相比较，在这里使用带有包含在其中的纳米颗粒的液体的情况下发生工件背侧上的更大的变热，这在必要时也使孔洞几何特征改善。此外，从孔洞去除的颗粒被液体更容易并且更快速地去除，它们由于与现有技术中的糊状的背面腔保护材料相比相对较小的纳米颗粒浓度而具有明显较小的粘度，这导致流动速度提高。

[0019] 在一种优选方案中，集体激发涉及等离子体，尤其是表面等离子体。在此简单地说涉及纳米颗粒中的电子的振动，所述振动由入射的电磁激光辐射的电磁场引起。这种等离子体或者说等离子激发与用于如在颜料中发生的单个电子激发的作用横截面相比具有与入射的电磁辐射的明显较大的作用横截面。因此，在其中能够产生这种激发的纳米颗粒与在颜料和色素的情况下相比以明显较小的浓度在液体中存在。由此达到，液体的粘度随着纳米颗粒降低，使得能够达到高的流动速度并且一般能够达到良好的流动性。

[0020] 如果入射的电磁激光辐射的能量相应于为产生集体激发所需的能量，则发生等离子共振，其负责使液体中的纳米颗粒具有特别小的透射。这意味着，电磁辐射的大部分被纳米颗粒吸收，使得该辐射不会在其它材料上引起损伤。

[0021] 有利地，纳米颗粒具有椭圆形状、小棒形状、八面体或十面体形状或方形形状。对于椭圆形状在此理解为所有球体形状，即圆球、蛋形、椭球形。在此，为产生集体激发所必需的激发能量尤其取决于对应的纳米颗粒的空间延伸尺度。因此，尤其如果空间延伸尺度在两个不同的空间方向上明显不同，则可以是，在激发能量明显不同的情况下在相同的纳米颗粒中激发出不同的集体激发。这尤其在这种情况下是有利的：例如用两个不同的激光波长工作，这两个波长应同时被纳米颗粒吸收。

[0022] 通常，在两个不同空间方向上的空间延伸尺度的比例对于集体激发的激发能量也有决定意义。在小棒形纳米颗粒的情况下在此尤其是指沿着小棒纵向的延伸尺度相对于在垂直于该纵向延伸尺度的方向上、即所谓横向上的延伸尺度的比例。如果例如使用由金制成的这种小棒形纳米颗粒，则纵向空间延伸尺度相对于横向空间延伸尺度的比例为4导致能吸收红外激光的表面等离子激发能量。因而例如可以使用这样的小棒形纳米颗粒：其在纵向上具有10nm延伸尺度并且在与此垂直的横向上具有2.5nm延伸尺度。

[0023] 当然可以是，为了尽可能宽带的吸收也将不同形状的纳米颗粒混合。原则上具有相同形状但不同空间延伸尺度的纳米颗粒也能够以此方式混合并从而导致，不同能量和波长的电磁辐射可被吸收。

[0024] 目前能够制造极不同形状和大小的纳米颗粒。如已经说明的那样，在此，纳米颗粒的延伸尺度和/或所谓长径比，即纳米颗粒长度与宽度的比例，对于集体激发的激发能量并从而对于被最好地吸收的电磁辐射的波长也具有决定意义。该波长同时取决于所使用的材料。试验已经表明，被吸收的电磁辐射的波长的共振可通过改变纳米颗粒的大小而偏移。在球形的银纳米颗粒处于水中的情况下已经表明，具有3nm半径的纳米颗粒在380nm处具有共振，因而可以吸收该波长的电磁辐射。10nm的半径导致在390nm处的共振，25nm的半径导致在410nm处的共振，50nm的半径导致在480nm处的共振并且100nm的半径在球形的银纳米颗粒的情况下导致在770nm处的共振。因此看出，通过改变球形的银纳米颗粒的大小，共振的位置、从而被吸收的激光辐射波长可被明显偏移。

[0025] 同样情形例如适用于水中的球形金纳米颗粒。3nm的半径导致在515nm处的共振，而半径增大到10nm导致在530nm处的共振。进一步增大半径也导致被吸收的电磁辐射的波长增大。25nm的半径导致在540nm处的吸收，50nm的半径导致在575nm处的吸收，100nm的半径导致在770nm处的吸收并且150nm的半径导致在波长1100nm处的吸收。

[0026] 如果现在考虑，用于切割和钻孔的传统激光波长在800nm、1030nm或1064nm，则可以对于每个选择的波长发现例如水中的球形金纳米颗粒，它们基于其直径或半径而适合于刚好吸收入射的激光波长。替换地，也可以是激光频率翻倍并从而使激光辐射的波长减半。因此，可使用400nm、515nm或532nm的激光波长，它们例如可以被水中的很小的球形金纳米颗粒或球形银纳米颗粒吸收。

[0027] 如果取代球形纳米颗粒而使用水中的所谓纳米棒，即小棒形纳米颗粒，则尤其纳米颗粒的长径比，即小棒的长度与宽度的比例，是决定性的。在使用金的情况下这种长径比为1导致在波长530nm处吸收。如果长径比增大到2.5，则被吸收的波长偏移到700nm，在长径为4时偏移到800nm，在长径为4.5时偏移到850nm并且在长径为5.5时偏移到900nm。在出自期刊Chem.Mater.2003，15，1957-1962的专业文献“Preparation and Growth Mecha-nism of Gold Nanorods Using Seed-Mediated Growth Method”中，公开了不同的小棒形金纳米颗粒，它们的长径比导致在700nm、760nm、790nm、880nm、1130nm和1250nm处的共振。在此，长径比为6.5导致1000nm的吸收波长，而长径比为9导致1300nm的吸收波长。在此，各个纳米颗粒的长径比被很精细并且精确地设定，使得被吸收的电磁辐射的波长也可以被设定并且可有利地精确协调于对应的激光波长。

[0028] 当然，纳米颗粒的形状不限于球形、椭球形或小棒形。在出现于Chem.Soc.Rev，2008，37，1792-1805中的综述文章“Modelling the optical response of gold nanoparticles”中例如研究了小棒的不同形状，例如具有圆的或四边形的横截面，或纳米八面体的不同大小。也可以制造和使用纳米十面体。在此也是空间延伸尺度和空间延伸尺度的相互比例对于被吸收的电磁辐射的波长具有决定性影响。

[0029] 如果现在电磁激光辐射照射到这种纳米颗粒上，则纳米颗粒的光子被吸收。在此已经表明，纳米颗粒可被激光照射粉碎。该粉碎基于激光辐射引起的熔化和蒸发。但该过程例如对于金颗粒在约5nm平均大小时结束，因为这些小纳米颗粒的吸收横截面太小，以致不能通过激光辐射接收为进一步粉碎所需的能量。纳米颗粒被激光辐射粉碎结束时的大小在下面被称为最终大小。如果该最终大小(即不能通过进一步的激光照射来减小的大小)的纳米颗粒具有集体激发，该激发具有对于入射的电磁激光辐射具有合适的激发能量，在尤其在球形纳米颗粒情况下可能的是，液体连同包含在其中的纳米颗粒可以说无损耗地继续使用。如果纳米颗粒具有其他形状，例如小棒形或方形，则这种情形不能无限制地适用，因为这些纳米颗粒也在激光照射的过程中分裂并粉碎，其中，必要时不同空间方向上的空间延伸尺度的比例改变。

[0030] 纳米颗粒的粉碎尤其在用脉冲激光照射时发生。在这种情况下每个脉冲中的局部能量密度这样高，使得发生纳米颗粒的粉碎。该脉冲激光是必需的，以便能够加工确定工件的一些材料。在使用其它材料例如塑料的情况下，较小的能量密度就足够，因而材料例如能够用cw激光、即持续刺入激光来加工。在这种情况下激光辐射的局部能量密度太小，以致对于纳米颗粒不能导致粉碎。这具有大的优点，即非球形构造的纳米颗粒也分裂并粉碎，使得这些协调与希望的激光辐射的波长的纳米颗粒可以几乎不受限地被再使用和继续使用。因此，在这种情况下不必要为了加工多个工件而在新的液体中分别设置新鲜的纳米颗粒。

[0031] 在该方法的一种优选构型中，电磁辐射具有380nm到650nm之间、优选在500nm到530nm之间、尤其515nm的波长。

[0032] 通过选择所使用的纳米颗粒大小能够如已经说明的那样调整为产生集体激发所需的激发能量。尤其对于球形的金颗粒已经表明，它们在其最终大小为约5nm(该大小因而不同通过继续激光照射而减小)时具有激发能量，该激发能量相应于具有515nm的波长的光子。如果现在将该波长使用于电磁辐射源，即激光器，则可确保，对于该“稳”态(在该状态中纳米颗粒的大小分布不能进一步改变)，也保证了纳米颗粒对于入射的电磁激光辐射的最佳吸收横截面。如果使用了纳米颗粒的其它材料或其它构型，则该最终大小并且从而该“最终”激发能量可能偏离所述数值。但一般而言有利的是，这样选择入射的电磁激光辐射的波长，使得选择的纳米颗粒在长时间运行中也具有集体激发，该集体激发具有的激发能量相应于具有入射波长的光子的能量。

[0033] 因此，优选使用金颗粒，尤其是具有球形形状的金颗粒，换具有515nm的波长的激光。

[0034] 在该方法的一替换构型中，电磁辐射具有在950nm到1100nm之间、优选在1000nm到1050nm之间、尤其是1030nm的波长。尤其是1030nm相应于激光加工时常见的波长之一，因而用该波长能够在多种实际应用中实施本方法。

[0035] 有利地，在这里说明的方法中，带有纳米颗粒的液体在循环回路中被使用。由于为了足够地吸收入射的激光辐射仅须在液体中存在相对低浓度的纳米颗粒，通过液体的相对小的粘度保证足够高的流动速度液体，该液体例如可以是水或丙酮或其它有机溶液。该液体连同包含在其中的纳米颗粒被引导经过工件的钻孔或切割部位处。接着将可能的、通过激光加工从工件脱离并被接收到液体中的工件颗粒例如通过用外部磁场或用过滤作用来去除。接着可以将被这样清洁过的由液体连同包含在其中的纳米颗粒组成的胶质体在必要时冷却并重新引导经过钻孔或切割部位处。这样使用的胶质体具有足够的流动速度，而且可以容易地从窄的空腔去除，例如在制造喷射喷嘴或涡轮叶片的冷却孔时存在这样的窄空腔。

[0036] 已证实有利的是，这样选择纳米颗粒在至少一个空间方向上的空间延伸尺度，使得集体激发的激发能量相应于电磁辐射的能量。以此方式，纳米颗粒的吸收横截面被优化，使得特别多的电磁激光辐射可被吸收。

[0037] 有利地，纳米颗粒中的至少一些是金属颗粒，尤其由金、银、铜、铂或这些元素中的多种的合金构成。当然也可以是，所有纳米颗粒以该形式实施。这种纳米颗粒可以例如通过激光辐射直接在液体中产生。这是很安全的制造过程，因为以此方式可阻止纳米颗粒达到空气中，该空气可能会对例如吸入纳米颗粒的人员形成健康危害。而且该过程很灵活，因为以此方式能够由许多金属或合金产生纳米颗粒。同时可以进行纳米颗粒与液体中其它物质的结合。当然也可以用其它方式制成纳米颗粒并且然后才投入到液体例如水或丙酮中。

[0038] 有利地，至少一些纳米颗粒至少部分地由硫族化物、尤其是硒化铜和/或硫化铜组成。已证实特别有利的是，至少一些、优选全部纳米颗粒完全由硫族化物、尤其是硒化铜或硫化铜组成。

[0039] 优选将这种纳米颗粒投入到有机液体、尤其甲苯中。尽管例如甲苯具有相对低的沸点和高的蒸发速度，但有机液体、尤其甲苯具有低的粘度并从而具有高的可流动性。试验表明，该粘度使得该液体连同处于其中的纳米颗粒能够运动，该运动足以将通过激光辐射射入的热量排出。入射的激光辐射的几个瓦特的平均激光功率处于在激光加工时预计的平均激光功率的数量级，该入射的激光辐射的未被吸收的或被引开的分量可以减小到按千分计的范围内。为此足够的是，使液体、在当前情况下即甲苯，连同包含在其中的由硒化铜组成的纳米颗粒，通过搅拌而运动。由于甲苯连同包含在其中的纳米颗粒的低粘度，以此方式不仅能够产生足够的运动以排出由激光带入的热量，而且同时能够用液体和纳米颗粒的组合穿过并冲刷小的和极小的中间空间以及空心体，从而在制造激光钻孔或激光切口时保护对应的背面腔。

[0040] 许多金属、尤其是贵金属和半贵金属可以实现等离子共振。该的激发能量可以通过适当选择纳米颗粒的材料、形状、大小和环境条件来设定并且几乎自由选择。以此方式可以实现，根据存在的激光来选择纳米颗粒。替换地当然也可以使激光适配于已存在的纳米颗粒。在任何情况下有利的是，纳米颗粒的形状、大小和材料协调于入射的激光波长，使得在入射的激光的波长处产生等离子共振或其它集体激发的共振。

[0041] 例如可以使用金属的球形金颗粒，其平均具有约30nm(±10nm)的直径。这导致在约530nm处发生等离子共振，使得该波长的电磁激光辐射能够特别好地被这种纳米颗粒吸收。如已经说明的那样，这些纳米颗粒通过激光照射而减小至约5nm的平均大小，其中，对应的等离子集体激发的激发能量略微升高并相应于具有515nm的波长的光子所具有的能量。视制造方法而定，也可以制成其它大小的纳米颗粒。因而可以使用例如100nm至约300nm大小的纳米颗粒，以吸收较长波的光子。

[0042] 如已经说明的那样，对于金颗粒，尤其使用515nm的入射波长是有利的，因为其相应于具有5nm直径的金颗粒的等离子共振。这个大小的纳米颗粒通过激光照射不再变小，使得这种金纳米颗粒悬浮液在几乎不受限的时间段上可以用作背面腔保护和用作激光辐射的吸收材料，而不减小或者甚至损失屏蔽作用。

[0043] 有利地，纳米颗粒中的至少一些布置在微颗粒的一个表面上。当然也可以是，所有纳米颗粒布置在微颗粒的该表面上。从现有技术中已知在激光钻孔和激光切割方法中使用液体中的微颗粒作为背面腔保护。但在此不是发生通过微颗粒的集体激发来吸收激光辐射，而是发生激光辐射的散射，由此减小激光辐射的能量密度。以此方式也能阻止激光辐射在穿过工件之后在尤其处于工件的背面腔中的其它材料上引起损伤。如已经说明的那样，仅通过该效应几乎不能实现有效的背面腔保护，微颗粒上的散射作用横截面很小因而所需要的微颗粒浓度很大。但如果纳米颗粒如前面说明的那样被吸附在微颗粒的表面上，则通过微颗粒和纳米颗粒引起的不同效应相组合。因此，不仅发生通过纳米颗粒吸收电磁激光辐射，而且发生通过微颗粒使辐射散射，在微颗粒的表面上吸附了纳米颗粒。

[0044] 在该方法的一种有利构型中，至少一些纳米颗粒是碳纳米管.当然也可以所有纳米颗粒构造为碳纳米管。在这种碳纳米管(carbon nano tubes)中可以引起集体激发。纳米管可以在长度、壁厚和直径方面几乎自由地设定，使得在这种情况下为产生集体激发所需的激发能量也可以几乎自由地设定。它们在这种情况下也能够以优化的方式按照入射的激光波长来设定。碳纳米管例如与金属颗粒相比具有附加的优点，即它们作为黑色粉末存在并且因而除了通过集体激发而具有大的吸收横截面外还附加地通过电子激发而具有相对大的吸收横截面。因此它们合并了颜料的优点与具有集体激发的纳米颗粒的优点。

[0045] 优选纳米颗粒中的至少一些在表面上具有光敏基质。当然也可以所有纳米颗粒在其表面上设置有这种光敏基质。光敏基质是颜料或色素，它们适合于吸收确定波长的电磁辐射。如果颜料布置在纳米颗粒的表面上，则它们因此增大这样设置的纳米颗粒的吸收横截面，因为现在与已经说明的碳纳米管类似，将纳米颗粒的集体激发与光敏基质的电子激发的效应相组合。

[0046] 已经证实有利的是，液体以小于4g/l、优选小于2g/l、特别优选小于1g/l的浓度包含纳米颗粒。但实际使用的浓度在此取决于多个不同参数，可以视希望的任务以及试验结构或者产品结构的特性而定来选择。在此实际浓度还取决于入射的激光辐射的强度和该激光辐射的波长与集体激发的激发能量相比较。要处理的工件的背面腔中的空间提供也具有重要作用。到要保护的背面腔材料的距离越小，纳米颗粒的浓度必须选择得越高，以便能够确保，足够量的入射激光辐射吸收可被吸收。替换地或附加地，也可以提高液体的流动速度。

[0047] 所使用的液体在此仅其次要作用，只要使用的纳米颗粒在液体内时稳定的。

[0048] 在一个例子的范围内按经验确定了水中的金纳米颗粒在515nm激光波长处的吸收。金纳米颗粒被以3.6g/l的浓度填充到2mm层厚的石英玻璃比色计中。该比色计被放入皮秒激光的略微发散的光路中，其中，比色计位于激光焦点下方50mm处。在输入功率为3.5W时用热测量头不能测到透过的辐射。在10s照射时间之后在比色计中也不形成辐射能够穿过的气泡。

[0049] 为了能够更好地比较不同的材料，用光电二极管更换了热测量头。对于所说明的金纳米颗粒悬浮液，显示的光电二极管脉冲峰值低压平均达到51mV。在10秒测量持续时间内仅存在唯一一个96mV高度的峰值。相反，例如对于传统的、按照现有技术用于背面腔保护试验的糊状液体，测量到1.76V的测量信号。因而通过金纳米颗粒悬浮液达到至少强18倍的消光。

[0050] 在第二试验中，比色计位置被移动到激光焦点下方30mm处。激光辐射穿过金纳米颗粒悬浮液的辐射是75mV，而在按照现有技术的糊状液体中达到4.08V。

附图说明

[0051] 下面借助两个附图详细解释本发明。附图示出：

[0052] 图1在激光钻孔时的后壁损伤的示意图，

[0053] 图2采用按照本发明第一实施例的方法的示意图。

具体实施方式

[0054] 图1示出工件2，在工件的内部有空腔4。要向工件2中钻贯通孔6，为此，用激光辐射10照射工件2的前侧8。

[0055] 在图1所示的对该方法的研究中，贯通孔6已经打开，使得激光辐射10穿过工件2。在此，激光辐射在背面腔中照射到背面腔材料12上并在此导致损伤14。这适合于用根据本发明实施例的方法来避免。

[0056] 在图2中也要向工件2中加工一贯通孔6，为此又使用激光辐射10。但现在在空腔4中有液体16，在该液体中存在纳米颗粒18，它们被示意性地表示为圆。激光辐射10照射到纳米颗粒18上并在此负责产生集体激发，使得激光辐射10被纳米颗粒18吸收。可以看出，背面腔材料12保持不被损伤。

[0057] 在激光辐射10将贯通孔6加工到工件2中期间，工件2的材料的颗粒脱离出来并与液体16混合。液体16连同包含在其中的纳米颗粒18被引导在贯通孔6处经过，并且在未示出的进一步的方法步骤中被除去来自工件2的材料的颗粒。这可以例如通过过滤或通过磁场来进行。接着将带有纳米颗粒18的液体16冷却并再输送给图2中示出的部位。

[0058] 附图标记

[0059] 2   工件

[0060] 4   空腔

[0061] 6   贯通孔

[0062] 8   前侧

[0063] 10  激光辐射

[0064] 12  背面腔材料

[0065] 14  损伤

[0066] 16  液体

[0067] 18  纳米颗粒