Метод лазерної обробки шаруватих діелектриків

Метод лазерної обробки шаруватих діелектриків, що виконується в режимі випару матеріалу, 3 дзеркалення лазерного випромінювання, через плівку із фторопласту забезпечується притиск всіх шарів діелектрика електростатичними силами, що розвиваються зарядом, накопиченим на верхній поверхні заготівки, і направленими до підкладки, приєднаної до протилежного заряду. При такому методі притиску досягається рівномірний обжим діелектрика в кожній точці поверхні заготівки у відсутність навантажуючих елементів (пластин, притисків і ін.). Це спрощує обробку і сприяє досягненню високої якості, яка виявляється у відсутності розшарування матеріалу по контуру обробки. Відмінними особливостями методу лазерної обробки шаруватих діелектриків є електризація зовнішньої поверхні заготівки і розташування останньої на підкладці з полірованою поверхнею, виготовленою із струмопровідного з високим коефіцієнтом віддзеркалення лазерного випромінювання матеріалу через плівку із фторопласту. Електростатичні сили, що розвиваються між нанесеним зарядом і протилежно зарядженою підкладкою, вперше використовуються для створення в шаруватому матеріалі напруги стискування, сприяючої досягненню поставленої мети. Таким чином, ці ознаки істотно відрізняються від відомих прийомів. На кресленні показана схема реалізації способу лазерної обробки шаруватих діелектриків - фіг. 1, а також схема створення стискуючого зусилля в діелектрику - фіг. 2. На кресленні позначено: 1 заготівка з діелектрика товщиною d; 2 - лазерне випромінювання; 3 - фокусуюча лінза; 4 - підкладка з полірованою поверхнею, виготовленого із струмопровідного, такого, що добре відображає лазерне випромінювання матеріалу; 5 і 6 – відповідно позитивний і негативний електроди коронного розрядника; 7 - струмообмежувальні опори; 8 високовольтне джерело живлення; 9, 10 - одиничний негативний і позитивний заряд, 11 - плівка із фторопласту; І поз. - позиція лазерної обробки, II поз. - позиція електризації діелектрика. Сутність розробленого методу полягає в наступному. Перед установкою заготівки у позицію II для обробки лазерним променем 2, сфокусованим лінзою 3, заготівку 1 розташовують в І позиції на підкладці 4 з полірованою поверхнею (шорсткість Rz~0), виготовленою із струмопровідного, такого, що добре відображає лазерне випромінювання матеріалу. Підкладку 4 підключають до позитивного полюса високовольтного джерела живлення 8 і над заготівкою (5-6 мм) розміщують джерело коронного розряду, що складається з центрального електроду 6, підключеного до "-" і корпусу 5, підключеного до "+", причому заготівку переміщають під розрядником із швидкістю v. Для діелектрика, що має площу поверхні F і електричні показники : Eпр (В/м) - електрична міцність,  (Ф/м) - електрична постійна;  - відносна 0 діелектрична проникність в постійному полі. Максимальна різниця потенціалів між поверхнями визначається її електричним пробоєм: Uпр  Eпр  d . 67157 4 Для розрахунку сили стискування шарів визначимо силу, що діє в конденсаторі, що має площу контакту пластин F, відстань між обкладаннями d, замінена діелектричним середовищем з константами  0 і  . Ємність такого конденсатора:  a   0  абсолютна діелектрична проникність. Величина заряду на одиниці площі конденсатора C  Uпр Q F приводить до створення сили Q  E пр . Fi  2 Для матеріалів з високими діелектричними властивостями (слюда, склотекстоліт і ін.), що знаходяться в слабко іонізованому повітрі (цехові умови), час утримання заряду досягає декількох годин, тому при переміщенні заготівки в І позицію сили перешкоджають його розшаруванню, що дозволяє обробляти вироби підвищеної якості. Необхідно також відзначити, що в пропонованому способі також одночасно вирішується завдання закріплення заготівки у позиції обробки - її притиск до поверхні підкладки. З цією метою останню необхідно виготовляти із матеріалу з високим коефіцієнтом віддзеркалення лазерного випромінювання, причому її поверхня повинна мати хорошу якість для забезпечення рівномірності притиску заготівки. Так, в місцях, де існує зазор, рівний Rz, між поверхнею підкладки і заготівки відбувається його  пробій зважаючи на крихту пов в порівнянні із д з перенесенням заряду "+" на нижню поверхню заготівки. При цьому сила стискування зростає (оскільки зменшується відстань між протилежними зарядами), проте знімається сила притиску заготівки до підкладки. Для виникнення перетікання заряду з підкладки 10 на поверхню заготівки 1 через плазмовий факел руйнування підкладки застосована плівка із фторопласту 11, який стає прозорим при поглинанні випромінювання з довжиною хвилі до 2 мкс, але не руйнується. Таким чином в результаті вживання розробленого способу забезпечується досягнення поставленої мети простими засобами. Практична реалізація способу була здійснена 8 при лазерному розкрої слюди (Епр = 210 В/м; о=8,85 ф/м; є=7 ) товщиною 50 мкм, випромінюванням А,= 10,6 мкм, Рсереднє=15 Вт, розрахункові 7 значення приведених величин склали: Uпp=10 В; -6 2 2 c=Q=1,210 К; Fі=240 Н/см =24 кг/см . При таких зусиллях притиску вдалося отримати якісні різи із швидкістю розкрою до 2 м/хв. 5 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 67157 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601