一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置

摘要

一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，包括底座，底座和冷却水腔体的下端连接，冷却水腔体的上端外部通过螺纹连接有无氧加工腔体，冷却水腔体的上端中部为硅材料安放平台，其中心设有一个台阶通孔，台阶通孔的台阶上放置待加工的硅材料，台阶通孔侧壁上加工有螺纹，圆环通孔螺栓与台阶通孔侧壁上的螺纹配合，安装在硅材料的上表面，硅材料将冷却水腔和无氧加工腔分开；无氧加工腔体顶部开有石英玻璃窗，侧壁连接有两个气体开关阀；冷却水腔体连接有两个冷却水开关阀；本发明可以实现硅材料在无氧的环境下加工，防止硅材料表面在激光加工过程中变成二氧化硅，同时防止激光烧蚀产生的沉积颗粒结晶。

权利要求

1.一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，包括底座(1)，其特征在于：底座(1)通过螺纹和冷却水腔体(10)的下端连接，冷却水腔体(10)的上端外部通过螺纹连接有无氧加工腔体(4)，冷却水腔体(10)的上端中部为硅材料安放平台(7)；

硅材料安放平台(7)中心设有一个台阶通孔，台阶通孔的台阶上放置待加工的硅材料(9)，台阶通孔侧壁上加工有螺纹，圆环通孔螺栓(8)与台阶通孔侧壁上的螺纹配合，安装在硅材料(9)的上表面，硅材料(9)将冷却水腔和无氧加工腔分开；

所述的无氧加工腔体(4)连接有一个压力表(3)。

2.根据权利要求1所述的一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，其特征在于：所述的无氧加工腔体(4)顶部开有石英玻璃窗(5)，无氧加工腔体(4)的侧壁上连接有两个气体开关阀(6)。

3.根据权利要求1所述的一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，其特征在于：所述的冷却水腔体(10)的侧壁连接有两个冷却水开关阀(2)。

4.根据权利要求1所述的一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，其特征在于：所述的底座(1)设有上圆柱台阶，上圆柱台阶侧面上加工有螺纹，并与冷却水腔体(10)配合连接。

说明书

一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置

技术领域

[0001] 本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置。

背景技术

[0002] 在材料表面利用超快激光可以大面积的制备微纳米结构，实现材料表面光学、机械及生物仿生等性能改变，因而激光微纳制造成为一个研究的热点。吸波材料在航空航天、国防军事、新能源等领域有着巨大的应用潜力。尤其是硅材料，在可见光波段可以做太阳能电池；在红外波段可以做光电检测器；在太赫兹波段可以用于做吸收体和辐射源。因此，利用超快激光加工技术，在硅材料表面制造出特定形状和尺度的微纳米结构，实现硅材料对特定频段的吸收，对人们的生产生活以及国防军事具有重要的意义。已有研究表明，纳米结构利用其纳米限域效应可以提升材料的吸波性能；纳米多孔结构有助于实现空气介质与材料之间介电常数/折射率的长程变化，对材料抗反射性能提升也非常的明显。因此在硅材料表面制备纳米结构或者纳米多孔结构可以实现吸波材料的制备。

[0003] 但是由于硅材料在激光加工过程中硅原子容易被氧化成二氧化硅分子，从而其表面的吸波特性大大降低，因此在硅材料的激光加工过程中防止氧化成为了其研究的难点。同时，硅材料的熔点比较低，激光烧蚀产生的沉积颗粒在落到硅材料表面时，由于其高的基体材料表面温度导致其结晶，从而很难在硅材料表面形成纳米结构或者纳米多孔结构，大大的影响了其吸波性能，因此防止烧蚀沉积颗粒结晶，成为了制备吸波硅材料的又一难点。

发明内容

[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，可以实现激光加工过程中硅材料不会被氧化；同时防止烧蚀产生的沉积颗粒在材料表面结晶。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，包括底座1，底座1通过螺纹和冷却水腔体10的下端连接，冷却水腔体10的上端外部通过螺纹连接有无氧加工腔体4，冷却水腔体10的上端中部为硅材料安放平台7；

[0007] 硅材料安放平台7中心设有一个台阶通孔，台阶通孔的台阶上放置待加工的硅材料9，台阶通孔侧壁上加工有螺纹，圆环通孔螺栓8与台阶通孔侧壁上的螺纹配合，安装在硅材料9的上表面，硅材料9将冷却水腔和无氧加工腔分开。

[0008] 所述的无氧加工腔体4顶部开有石英玻璃窗5，无氧加工腔体4的侧壁上连接有两个气体开关阀6。

[0009] 所述的冷却水腔体10的侧壁连接有两个冷却水开关阀2。

[0010] 所述的无氧加工腔体4连接有一个压力表3。

[0011] 所述的底座1设有上圆柱台阶，上圆柱台阶侧面上加工有螺纹，并与冷却水腔体10配合连接。

[0012] 本发明的有益效果为：

[0013] 本发明装置可以实现硅材料在无氧的环境下加工，防止硅材料表面在激光加工过程中变成二氧化硅，从而改变其材料属性，影响硅材料的物理性能；同时该装置可以通过冷却水腔的水将激光烧蚀硅材料产生的热量传导降温，从而防止激光烧蚀产生的沉积颗粒结晶，从而实现硅材料表面纳米颗粒及纳米多孔结构的制备，从而制造可以实现对电磁波高效吸收的吸波材料。

附图说明

[0014] 图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0016] 参照图1，一种制备吸波硅材料的激光无氧加工装置，包括底座1，底座1通过螺纹和冷却水腔体10的下端连接，冷却水腔体10的上端外部通过螺纹连接有无氧加工腔体4，冷却水腔体10的上端中部为硅材料安放平台7；

[0017] 硅材料安放平台7中心设有一个台阶通孔，台阶通孔的台阶上放置待加工的硅材料9，台阶通孔侧壁上加工有螺纹，圆环通孔螺栓8与台阶通孔侧壁上的螺纹配合，安装在硅材料9的上表面，硅材料9将冷却水腔和无氧加工腔分开。

[0018] 所述的无氧加工腔体4顶部开有石英玻璃窗5，无氧加工腔体4的侧壁上设有三个等角度分布的通孔，分别安装一个压力表3和两个气体开关阀6。

[0019] 所述的冷却水腔体10的侧壁上设有两个通孔，分别安装有冷却水开关阀2。

[0020] 所述的底座1设有上圆柱台阶，上圆柱台阶侧面上加工有螺纹，并与冷却水腔体10配合连接。

[0021] 本发明的工作原理为：通过安底座1将整个加工装置固定在激光器加工移动平台上，将无氧加工腔体4从装置上旋转取下，将硅材料9放置在硅材料安放平台7中心的台阶通孔上，并通过圆环通孔螺栓8将硅材料9夹紧固定在硅材料安放平台7上，然后再将无氧加工腔体4旋转固定在冷却水腔体10的上部；打开无氧加工腔体4的两个气体开关阀6，其中一个气体开关阀6连接惰性气体输送管路，惰性气体不断的充入无氧加工腔体4内，将无氧加工腔体4内的空气从另一个气体开关阀6排除，排完空气后将两个气体开关阀6关闭，实现无氧加工腔体4内为无氧环境；打开冷却水腔体10的两个冷却水开关阀2，其中一个冷却水开关阀2连接冷却水输送管路，冷却水不断的充入冷却水腔体10内，待冷却水腔体10充满冷却水后，将两个冷却水开关阀2关闭；此时，硅材料9的上表面所处无氧环境，下表面与冷却水紧密接触；打开激光器，激光束通过无氧加工腔体4顶部的石英玻璃窗5进入到无氧加工腔体4的内部，并照射到硅材料9表面，实现对硅材料9在无氧条件下的微纳加工，激光烧蚀硅材料9产生的热量被冷却水腔体10内的冷却水不断的传导转移掉，实现对硅材料9的冷却降温。
激光烧蚀产生的沉积颗粒在落到硅材料9表面时，未因为基体材料表面温度过高导致其结晶，从而在硅材料9表面形成纳米结构或者纳米多孔结构，制备出了吸波硅材料。