專利名稱：采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法及裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)及生活中所用金屬電熱絲，其依靠自身的電阻將電能轉(zhuǎn)化為熱量，再通過表面將這些熱量散發(fā)出去。傳統(tǒng)電熱絲并沒有考慮釋熱效率的問題，當(dāng)熱量在電熱絲內(nèi)部積存過多時，會導(dǎo)致材料的電阻率發(fā)生變化，引起功率不穩(wěn)甚至熔斷器件，同時還造成了能源的浪費。因此，提高電熱絲的釋熱效率將對電器的安全節(jié)能方面產(chǎn)生有益影響。激光表面處理，具有定位精確、非接觸、快速成型等優(yōu)點。但一般的連續(xù)激光或者長脈沖激光，只能在材料表面加工大口徑的孔洞或者微槽等結(jié)構(gòu)，很難獲得一致性較好的微納米結(jié)構(gòu)，同時由于熱效應(yīng)的存在，材料表面層會出現(xiàn)熔化、相變等過程，使材料本身發(fā)生變化。超快激光作為新一代超短脈沖激光，除了具有一般激光表面處理的優(yōu)勢外，還兼有幾乎無熱影響區(qū)、可直寫誘導(dǎo)產(chǎn)生納米級結(jié)構(gòu)等特點，這使利用超快激光在電熱絲表面制備微光柵結(jié)構(gòu)成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題中存在 的不足之處，本發(fā)明提供了一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法及裝置，通過將超快激光聚集在電熱絲表面后會使其的散熱面積極大增加，以提高電熱絲的釋熱效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，包括以下步驟:S1、調(diào)節(jié)超快激光能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近；S2、通過聚焦透鏡將超快激光聚焦在電熱絲表面，并對電熱絲的表面進行掃描處理；S3、對超快激光的掃描速度進行調(diào)節(jié)控制，從而使電熱絲表面產(chǎn)生亞波長量級的微光柵結(jié)構(gòu)。進一步地，所述聚焦透鏡為單透鏡或柱面透鏡。進一步地，超快激光在對電熱絲的正面掃描后，將電熱絲進行旋轉(zhuǎn)以使超快激光對其背面進行掃描。進一步地，超快激光的脈寬為飛秒至皮秒量級的超快激光。本發(fā)明同時還提供一種實施上述方法的裝置，由激光能量調(diào)整器、聚焦透鏡與電熱絲安裝架構(gòu)成，所述激光能量調(diào)整器與所述聚集透鏡設(shè)置在同一光線上，所述電熱絲安裝架設(shè)置在所述聚集透鏡的后側(cè)；所述激光能量調(diào)整器用于調(diào)節(jié)超快激光出射后的能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近；所述聚焦透鏡用于將超快激光聚焦在電熱絲表面；所述電熱絲安裝架用于控制電熱絲的運動速度。
進一步地，所述激光能量調(diào)整器為可調(diào)衰減器。進一步地，所述可調(diào)衰減器為漸變反射率衰減器，通過旋轉(zhuǎn)漸變反射率衰減器以調(diào)節(jié)激光單脈沖的能量。進一步地，所述聚焦透鏡為單透鏡或柱面透鏡。進一步地，所述柱面透鏡為平凸?fàn)钪嫱哥R。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明采用超快激光進行織構(gòu)化處理，相較傳統(tǒng)的連續(xù)激光或長脈沖激光表面處理不改變材料自身的物理化學(xué)性質(zhì)；1、本發(fā)明利用超快激光在電熱絲表面制備微光柵結(jié)構(gòu)，由于微光柵結(jié)構(gòu)的周期在亞波長量級，將超快激光聚集在電熱絲表面后會使其的散熱面積極大增加，從而提高電熱絲的釋熱效率。2、本發(fā)明采用超快激光進行織構(gòu)化處理，相較傳統(tǒng)的連續(xù)激光或長脈沖激光表面處理不改變材料 自身的物理化學(xué)性質(zhì)。3、本發(fā)明在金屬電熱絲表面制備了亞波長(〈lum)量級周期的微光柵結(jié)構(gòu)，這種織構(gòu)會極大的增加線材的表面積，使電熱絲的釋熱性能提高。


圖1為本發(fā)明方法部分的流程圖；圖2為本發(fā)明裝置部分的結(jié)構(gòu)圖。主要符號說明如下:1-激光能量調(diào)整器2-聚焦透鏡3-電熱絲安裝架 4-電熱絲
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，包括以下步驟:S1、調(diào)節(jié)超快激光能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近；具體的，通過激光能量調(diào)整器將超快激光出射后的單脈沖能量調(diào)節(jié)為300-500UJ。超快激光的脈寬為飛秒至皮秒量級的超快激光，采用波長為800nm、脈寬為lOOfs、重復(fù)頻率為1kHz、最大單脈沖能量為3mJ的飛秒激光器進行織構(gòu)化處理。S2、通過聚焦透鏡將超快激光聚焦在電熱絲表面，并對電熱絲的表面進行掃描處理。具體的，透鏡為單透鏡或柱面透鏡，在本實施例中，透鏡為焦距f=150mm的柱面透鏡。S3、對超快激光的掃描速度進行調(diào)節(jié)控制，從而使電熱絲表面產(chǎn)生亞波長量級的微光柵結(jié)構(gòu)。具體的，調(diào)節(jié)激光能量使單脈沖能量為500uJ、掃描速度為5mm/s。超快激光在對電熱絲的正面掃描后，將電熱絲進行180°旋轉(zhuǎn)以使超快激光對其背面進行掃描。如圖2所示，本發(fā)明提供一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的裝置，由激光能量調(diào)整器1、聚焦透鏡2與電熱絲安裝架3構(gòu)成，激光能量調(diào)整器與聚集透鏡設(shè)置在同一光線上，電熱絲安裝架設(shè)置在聚集透鏡的后側(cè)；激光能量調(diào)整器用于調(diào)節(jié)超快激光出射后的能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近。激光能量調(diào)整器為可調(diào)衰減器。在本實施例中，可調(diào)衰減器為漸變反射率衰減器，通過旋轉(zhuǎn)漸變反射率衰減器使激光單脈沖能量為300-500UJ。聚焦透鏡用于將超快激光聚焦在電熱絲表面，聚焦透鏡為單透鏡或柱面透鏡。在本實施例中，柱面透鏡是焦距為150mm的平凸?fàn)钪嫱哥R。電熱絲安裝架3用于控制電熱絲的運動速度。電熱絲的兩端分別固定在兩個電熱絲4安裝架上。在每個電熱絲安裝架上均是安裝有電機，該電機帶動電熱絲繞動，其放線速度為5mm/s。在本實施例中，電熱絲為鐵鉻鋁金屬電熱絲。惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，舉凡熟悉此項技藝的專業(yè)人士.在了解本發(fā)明的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實際的需要，在本發(fā)明的教導(dǎo)下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍 所作的同等變化與修飾，曾應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、調(diào)節(jié)超快激光能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近； 52、通過聚焦透鏡將超快激光聚焦在電熱絲表面，并對電熱絲的表面進行掃描處理； 53、對超快激光的掃描速度進行調(diào)節(jié)控制，從而使電熱絲表面產(chǎn)生亞波長量級的微光柵結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，其特征在于，所述聚焦透鏡為單透鏡或柱面透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，其特征在于，超快激光在對電熱絲的正面掃描后，將電熱絲進行旋轉(zhuǎn)以使超快激光對其背面進行掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，其特征在于，超快激光的脈寬為飛秒至皮秒量級的超快激光。
5.一種實施上述方法的裝置，其特征在于，由激光能量調(diào)整器、聚焦透鏡與電熱絲安裝架構(gòu)成，所述激光能量調(diào)整器與所述聚集透鏡設(shè)置在同一光線上，所述電熱絲安裝架設(shè)置在所述聚集透鏡的后側(cè)； 所述激光能量調(diào)整器用于調(diào)節(jié)超快激光出射后的能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近； 所述聚焦透鏡用于將·超快激光聚焦在電熱絲表面； 所述電熱絲安裝架用于控制電熱絲的運動速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述激光能量調(diào)整器為可調(diào)衰減器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述可調(diào)衰減器為漸變反射率衰減器，通過旋轉(zhuǎn)漸變反射率衰減器以調(diào)節(jié)激光單脈沖的能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡為單透鏡或柱面透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述柱面透鏡為平凸透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用激光織構(gòu)化處理以提高電熱絲釋熱效率的方法，包括以下步驟調(diào)節(jié)超快激光能量，使其聚焦功率密度在電熱絲的破壞閾值附近；通過聚焦透鏡將超快激光聚焦在電熱絲表面，并對電熱絲的表面進行掃描處理；對超快激光的掃描速度進行調(diào)節(jié)控制，從而使電熱絲表面產(chǎn)生亞波長量級的微光柵結(jié)構(gòu)。實施上述方法的裝置由激光能量調(diào)整器、聚焦透鏡與電熱絲安裝架構(gòu)成，激光能量調(diào)整器與聚集透鏡設(shè)置在同一光路上，電熱絲安裝架設(shè)置在聚集透鏡的后側(cè)。本發(fā)明利用超快激光在電熱絲表面制備微光柵結(jié)構(gòu)，由于微光柵結(jié)構(gòu)的周期在亞波長量級，因此，將超快激光聚集在電熱絲表面會使其散熱面積極大增加，從而提高電熱絲的釋熱效率。
文檔編號B23K26/04GK103231172SQ201310164870
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者劉世炳, 劉嵩, 宋海英, 董祥明 申請人:北京工業(yè)大學(xué)