硅片纳秒激光附加电流打孔实验研究

针对硅片具有反射率高、吸收率低等缺点,为了提高纳秒激光(波长为355 nm)在硅片上打孔蚀除材料效率,设计附加电流场装置,建立单脉冲烧蚀阈值模型,经过实验计算得到硅片烧蚀阈值为1.885 J/cm²。采用电流场辅助激光环切式进行硅片打孔,分别在激光加工次数和附加电流不同时做实验研究,当激光加工次数较少而附加电流较大时,激光加工的微孔入口孔和出口孔直径均显著增加,锥度减小,蚀除材料效率增大;当激光加工次数较多时,施加电流后由于多脉冲的累积效应,微孔直径变化不明显,这是由于附加电流场导致硅片内自由电子增多,更多的自由电子与激光光子发生碰撞,增加硅片对激光能量的吸收。实验表明,附加电流增加了硅片对波长为355 nm纳秒激光光子的吸收率,提高了硅片蚀除材料效率,也为高效率的纳秒激光加工硅片提供一种新方法。     

激光参数对陶瓷微孔加工质量的影响

为研究激光加工氧化铝陶瓷高质量微孔的成型工艺,采用皮秒激光自旋切割模式在0.3 mm厚的氧化铝陶瓷上加工直径为0.2 mm的微通孔。研究了激光加工参数(激光功率、离焦量、重复频率、打孔次数及扫描速度)对微孔质量的影响。试验结果表明,随着激光功率的增加,孔的入口、出口直径增大,入口、出口圆度和锥度呈现减小的趋势;随着扫描速度的降低,孔的锥度呈下降趋势;随着负离焦量的增大微孔锥度逐渐减小;重复频率的变化对微孔质量各性能指标影响不大。试验发现激光功率和离焦量是影响微孔质量主要因素。最终在功率为27 W、离焦量为-0.7 mm、扫描速度为400 mm/s、重复频率为100 kHz及打孔次数为10次时获得入口圆度为2.995μm、出口圆度为3.509μm及锥度为5.96°的高质量微孔。     

辅助阳极电解孔加工技术研究

采用辅助阳极法来改善电解孔加工过程中侧面间隙电场的分布。模拟计算和加工试验表明,辅助阳极可以显著减弱孔侧面间隙区域的电场强度,从而有效地抑制发生在侧壁的杂散腐蚀,减小孔锥度,提高加工精度。     

单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究

以单晶硅为对象,使用波长355 nm、脉宽15 ns的纳秒激光对单晶硅进行烧蚀加工试验研究.基于单因素法设计并完成了单晶硅纳秒脉冲激光直线刻蚀试验,探究了激光输出功率、激光脉冲重复频率、激光扫描速度和扫描次数对纳秒脉冲激光加工单晶硅表面形貌的影响规律.基于优化的加工工艺参数,在单晶硅表面制备出方形阵列的微结构.     

氧化铝陶瓷基板紫外纳秒激光打孔工艺研究

氧化铝陶瓷基板作为雷达微波组件的核心部件,其硬脆特性使得传统加工方法在导通孔加工中存在很多限制。激光加工作为一种非接触式高能束加工方法,是氧化铝陶瓷表面孔加工的最优选择。文中主要研究了紫外纳秒激光氧化铝陶瓷表面孔加工中的激光加工参数（包括激光平均功率、扫描速度和扫描次数等）对孔的特征尺寸（包括入口直径、出口直径和锥度）的影响规律,并分析了各种规律产生的相关机理。此研究为雷达微波用电子陶瓷基板的导通孔加工提供了有力的理论依据和技术支持。     

磁场对微细电火花加工Ti-6Al-4V微孔的影响

微细电火花加工作为重要的非传统加工技术广泛应用于精密制造等领域,但加工效率低和加工质量差等问题严重制约了微细电火花加工技术的发展。为了改善微细电火花加工存在的问题,将磁场与微细电火花加工相结合,在不同的电极转速条件下研究外加磁场对Ti-6Al-4V微孔加工性能、加工精度和表面质量的影响。加工性能由材料去除率和电极磨损率表征,加工精度由过切和锥度表征,根据表面粗糙度和表面形貌来评估表面质量。试验结果表明:采用磁场微细电火花复合加工方法在Ti-6Al-4V上加工微孔时,材料去除率和电极磨损率增大,过切和锥度减小,表面粗糙度降低,加工精度和表面质量均得到改善。     

安全滤网阵列网孔激光—电解组合加工

安全滤网阵列网孔的高效、高品质和高适应性加工至今仍面临重大技术挑战。基于此,提出采用激光-电解组合加工技术制备安全滤网阵列网孔结构。介绍了激光-电解组合加工技术的试验加工系统,探究了工艺参数对微孔形貌质量和加工精度的影响规律,并开展了安全滤网阵列网孔的制备。试验结果表明：激光加工路径显著影响微孔出口的形貌,采用同心圆轨迹（外径270μm,内径230μm,线间距2.5μm）能够显著改善微孔出口的圆度;激光功率越大、切割速度越小,微孔直径及其热影响区均越来越大;NaNO3-乙二醇溶液作为电解抛光液能够在加工表面形成扩散层发生电解抛光,将激光加工产生的喷溅物和毛刺等缺陷去除;基于优化工艺参数,加工出253个直径0.31 mm的阵列网孔结构,出入口直径方差仅为2.02和1.71,展示出较高的尺寸一致性。激光-电解组合加工技术在薄壁件上高效、高品质制备阵列网孔结构方面具有很强工艺能力和发展潜力。     

电火花沉积内植体微槽表面抗菌改性

为了实现在复杂内植体表面抗菌改性,采用银作为抗菌物质,通过电火花沉积技术将银添加在内植体表面.使用电火花沉积电源,将工件链接负级,工具电极链接正极,将工具电极的材料转移到工件上.使用X射线衍射观测加工后样品的表面物相组成;采用激光共聚焦与扫描电镜观测加工后的表面形貌;通过抗菌试验测定加工后样品的抗菌性能.结果表明,采用电火花沉积加工的方法能够在复杂的结构表面构含银的微结构.加工后样品对液体具有良好的接触性能.样品表面银的尺寸越小,抗菌性能越良好,抗菌率最高达到100％.抗菌的机理为银的微结构水解成银离子作为抗菌剂.该方法具有操作简单、良好的表面适应性和制备样品稳定等优点.     

电火花沉积内植体微槽表面抗菌改性

为了实现在复杂内植体表面抗菌改性,采用银作为抗菌物质,通过电火花沉积技术将银添加在内植体表面.使用电火花沉积电源,将工件链接负级,工具电极链接正极,将工具电极的材料转移到工件上.使用X射线衍射观测加工后样品的表面物相组成;采用激光共聚焦与扫描电镜观测加工后的表面形貌;通过抗菌试验测定加工后样品的抗菌性能.结果表明,采用电火花沉积加工的方法能够在复杂的结构表面构含银的微结构.加工后样品对液体具有良好的接触性能.样品表面银的尺寸越小,抗菌性能越良好,抗菌率最高达到100％.抗菌的机理为银的微结构水解成银离子作为抗菌剂.该方法具有操作简单、良好的表面适应性和制备样品稳定等优点.     

电流变液减振器在深孔颤振控制中的试验研究

针对深孔加工中的颇振问题,结合深孔加工的特点,设计了一种基于混合模式的电流变液减振器。利用电流变液在电场强度下能够快速、连续、可逆地改变其粘度和抗剪屈服应力的特性,可实现对减振器可控阻尼力的连续、无级调节。通过对减振器可控阻尼力的数值仿真,分析了阻尼力的影响因素。在Z2120型BTA深孔钻镗床上进行了切削颤振控制试验,对比了不同电场强度下钻杆振动的振幅和被加工孔的表面粗糙度。试验结果表明:在电场作用下,混合模式电流变液减振器能够有效地减小钻杆振动的幅值和明显减小被加工孔的表面粗糙度值。但是不同电场作用下,减振器的减振效果不同。