基于激光3D加工处理系统的含Cu材料表面处理技术研究

摘要

激光表面处理技术利用激光对材料表面照射，实现其结构改变而获得某些新特性，其中激光三维（3D）表面处理技术是目前研究的重要方向，具有效率高、可控性强、无污染等优点，在电子制造业、材料科学等领域有着广泛的应用。本文针对应用广泛的含Cu材料，基于光的电磁传播理论并结合菲涅尔方程，建立了Cu对激光吸收率的理论模型，分析了波长、功率、激光模式、离焦量、脉冲波形等参数对其表面处理效果的影响，搭建了激光3D加工处理系统，进行了表面改性处理实验，并在实验基础上制作了手机天线样品，取得了良好效果。
　　本文的主要工作：
　　1、基于光的电磁传播理论并结合菲涅尔方程，建立了Cu对不同波长激光吸收率模型，研究了近红外及中红外激光对含Cu材料表面特性的影响，为含Cu材料的激光表面处理技术奠定了理论基础。对两种激光处理后的Cu络合物进行扫描电子显微镜（SEM）及光电子能谱（XPS）分析，测量了两种激光处理后的样品表面组分及还原性Cu1+的含量，分析了两种红外激光对Cu络合物分子结构及表面微观形貌的影响。
　　2、研究了激光功率密度及离焦量对黄铜表面氧化物处理效果的影响，结合激光等离子体作用原理，探索了正、负离焦量对激光等离子体冲击波力学作用机制的影响；基于热传导理论，利用二维瞬态温度场分布模型，计算了不同激光功率及离焦量下的黄铜表面温度场；通过SEM-EDS及XPS，测量了激光功率与离焦量对黄铜表面氧化物Cu离子的价态及含量的影响。
　　3、研究了脉冲波形对Cu络合物表面改性处理效果的影响，结合激光热辐射理论，分析了不同脉冲波形对Cu络合物分子结构及表面微观形貌的影响。通过对化学镀后样品表面镀层厚度及附着力的分析，获得了Cu络合物表面处理的最佳脉冲波形。
　　4、采用掺镱光纤激光器、动态聚焦镜、X-Y扫描振镜组及f-theta平场聚焦透镜搭建了激光3D加工处理系统，并对系统误差进行校正，提高了系统的精度及稳定性。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2激光表面处理技术

1.3含Cu材料激光表面处理的研究现状

1.4本论文的主要研究内容

第二章 含Cu材料激光表面处理技术的理论研究

2.1 激光波长对金属材料吸收率的影响

2.2 离焦量对等离子体冲击波力学效应的影响

2.3本章小结

第三章 含Cu材料激光表面处理技术的实验研究

3.1激光波长对含Cu材料表面处理效果的影响

3.2激光模式对含Cu材料表面处理效果的影响

3.3激光脉冲波形对含Cu材料表面处理效果的影响

3.4本章小结

第四章 激光3D加工处理系统研究

4.1 激光3D加工处理系统

4.2 激光3D加工处理系统驱动控制的实现

4.3 激光3D加工处理系统的性能测试及误差校正

4.4 本章小结

第五章 Cu络合物的激光3D表面处理分析

5.1实验样品的制备

5.2 Cu络合物的激光3D表面处理

5.3样品表面特性分析及镀层质量测试

5.4 Cu络合物表面改性处理技术在手机天线中的应用

5.5 系统的表面改性处理精度及稳定性分析

5.6 本章小结

第六章 Cu氧化物的激光3D表面处理分析

6.1 实验样品的制备

6.2 Cu氧化物的激光表面处理

6.3 激光功率密度对Cu氧化物处理效果的影响

6.4 离焦量对Cu氧化物处理效果的影响

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本论文的创新点

7.2工作总结

7.3前景展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢