大功率CO_2激光器非平衡态合成WO_3／Fe_2O_3新型陶瓷催化剂──Ⅱ．WO_3／Fe_2O_3烯烃歧化反应催化剂的催化活性

用大功率ＣＯ２激光器熔制ＷＯ３／Ｆｅ２Ｏ３新型烯烃歧化反应催化剂。考查了催化剂组成、激光功率及熔炼时间与丙烯歧化反应催化活性之间的关系。     

熔石英玻璃和白宝石晶体激光损伤的研究

研究不同实验条件对熔石英和白宝石激光损伤阈值和损伤形貌的影响 ,获得了一些有用的实验结果 ,对相应的损伤机理作了分析。同时对熔石英的抗激光加固也进行了研究。结果表明 ,激光预辐照和酸侵蚀处理使熔石英的激光损伤阈值分别提高 70 %和 80 %以上     

超高速激光熔覆头非稳态追踪粉末流场研究

超高速激光熔覆技术取代电镀铬,可解决电镀铬工艺重金属铬离子(Cr6+)重金属污染,被禁止或限制的工业应用问题。金属工件表面镀硬铬,集耐蚀性防护、装饰于一体,有着巨大的应用前景。 我国超高速激光熔覆技术的研发,主要侧重点在于设备集成与工艺实验研究,缺少熔覆过程仿真模型。本文以超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象,利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型,开发了一种针对环形熔覆头激光熔覆粉末流场模型。针对超高速激光熔覆工艺进行了实验与分析;建立了该过程的理论模型。通过仿真结果发现超高速激光熔覆环形熔覆头可以形成半径0.8mm的粉斑,熔覆头下方15～19mm空间内粉末浓度最高,并通过实验对比验证了模型的可行性。     

铝合金的激光熔覆修复

通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究,探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5kWCO2连续激光器作为加热源,在惰性气体保护隔离箱中,对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数,制备了激光熔覆修复试样,并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明,优化激光熔覆工艺参数是:激光功率密度为1.84×104～2.12×104W/cm2,扫描速度为5mm/s,送粉量为1.8～2.4g/min,搭接宽度为1.5mm。采用优化工艺参数熔覆,基底和熔覆区形成良好的冶金结合,熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时,采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。     

大功率CO_2激光器非平衡态合成WO_3/Al_2O_3新型陶瓷催化剂

用大功率 CO2 激光在高温、快速、非平衡态下合成 WO3/ Al2 O3烯烃歧化反应催化剂。利用 XRD、XPS、DTA TG等技术对催化剂的性质进行了研究。表明激光合成催化剂中存在非平衡态的 Alx WO3。低于六价的钨是烯烃歧化反应的活性中心 .同时还考查了催化剂组成、激光功率及熔炼时间与丙烯歧化反应活性之间的关系。     

纳秒激光熔覆硅纳米薄膜的仿真分析及实验研究

以重掺杂硼的纳米硅浆料为硼源,采用纳秒激光熔覆工艺,在钝化发射极及背接触(PERC)电池背面形成了重掺杂硼的硅熔覆层。通过建立三维瞬态温度场的有限元仿真模型,并利用单因素仿真实验,得到了激光工艺参数对温度场的影响规律,初步确定了各激光工艺参数的合理范围。利用极差分析获得了激光工艺参数与激光熔覆温度场分布的相互作用规律。将激光熔覆工艺兼容到PERC电池的制备实验中,结果表明:仿真模型与实验结果较为吻合,电池的平均光电转化效率提升了0.27%。     

基于进化神经网络的激光熔覆层质量预测

为了有效地控制激光熔覆层质量,采用反向传播(BP)算法建立了激光熔覆层质量(熔覆层宽度、熔覆层深度和稀释率)随激光功率、光斑直径和扫描速度变化的进化神经网络预测模型。针对BP算法存在收敛速度慢、容易陷入局部极小值及全局搜索能力弱等缺陷,采用遗传算法训练BP神经网络,取代了一些传统的学习算法,设计了基于进化神经网络的学习算法。经过理论分析和实验验证,在神经网络的输出端得到期望的线性输出,并在训练样本之外,选取了5组工艺参数检验神经网络模型的可靠性,预测结果与相应的实验结果的最大相对误差为2.14%。结果表明,运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,提高激光熔覆层的加工质量。     

激光熔覆技术研究

利用激光在PCrNi1Mo钢上熔覆纯Cr粉末,采用多道搭接激光熔覆技术获得了最佳的激光熔覆工艺参数。实验结果表明,激光熔覆层均匀连续,无宏观气孔和裂纹,激光熔覆层与基体发生了冶金结合。     

高光束质量Slab CO2激光深熔焊接实验研究

使用最新一代的扩散冷却型Slab CO2激光器对低碳钢进行了激光深熔焊接实验研究。Slab CO2激光器具有高光束质量。实验主要通过改变焦点位置获得不同离焦量下激光深熔焊接焊缝成型，分析并讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响。     

齿面激光熔覆中的防边缘塌陷工艺研究

为了研究激光熔覆过程中产生边缘塌陷问题的原因并且找到具有较强可操作性的解决方法,采用对激光熔覆过程的温度场进行数值计算的方法,分析得到边缘塌陷问题主要是由于激光熔覆过程中边缘地带温度过于集中所造成;在分析结果的基础上,以样块为实验对象,提出了解决此问题的基本方法;最后将此方法应用于齿面激光熔覆的实际中,并根据齿面激光熔覆的特殊情况对此方法进行了改进和完善,取得了较为令人满意的结果。结果表明,此方法可以较好地解决齿面激光熔覆的边缘塌陷问题,而且具有较强的可操作性。     

Er:YAG激光对牙本质超微结构作用的电镜观察

激光照射牙本质被认为是一种改善粘接效果的新方法。此研究的目的是采用电镜观察Er:YAG激光照射后牙本质的超微结构,评价激光处理牙本质以改善牙体组织和修复体之间粘接性能的可行性。共8颗新鲜拔除的人上颌第三磨牙按照牙合贴面的要求进行牙体预备,拔除牙齿进行牙体预备后接受激光照射,采用电镜观察牙本质的超微结构。分为两组,4颗牙齿为对照组,4颗牙齿为实验组。牙体预备后,对实验组牙齿的牙本质进行Er:YAG激光照射。采用电镜观察牙本质小管,熔融和裂隙等情况。对于实验组,观察结果未见玷污层,牙本质小管清晰。同时,对照组可以见到牙本质小管内有明显的玷污层,因此牙本质小管不清晰。该研究提示Er:YAG激光照射牙本质可以清除牙本质小管内的玷污层,这可能会提高牙体组织和修复体之间的粘接性能。     

基于BP神经网络的20CrMo钢激光强化工艺参数优化控制

以激光功率P、光斑直径D、扫描速度V等为输入参数，非相变硬化处理、相变硬化处理和熔凝处理等为输出参数，对材料为20CrMo合金结构钢进行激光强化处理工艺控制优化研究。通过大量试验与计算机模拟分析和对比，建立了激光工作参数与材料表面强化关系的BP神经网络工艺优化模型。经过与实验数据的比较，运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数，控制材料表面强化类别和保证工作表面的质量，真实反映了激光加工工艺规律。     

2.79 μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验研究

开展了不同重频下2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验。基于传热学理论,利用有限元法对2.79μm中红外激光辐照PbS探测器中的温度分布进行了数值分析,并比较了脉冲数目、重复频率对损伤效果的影响,分析了2.79μm中红外激光辐照PbS探测器的损伤机理,获取了相关阈值数据。研究表明,2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤机理主要以热熔融为主,在温度没有达到PbS熔点时,PbS就会发生热分解反应,析出黄色沉淀物PbO;计算得到单脉冲2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤阈值为13.03 J/cm²,且脉冲数目、重复频率对损伤效果影响很大,损伤累积效应明显。理论模型能够较好地解释PbS表面初始损伤形貌特征。     

真空激光快速扫描/蒸发沉积装置的研制

介绍一种在真空环境下利用激光快速扫描或激光蒸发沉积等工艺手段 ,在金属、半导体和陶瓷材料表面 ,制备非晶、准晶和纳米晶等新型材料的装置。并报道了利用本装置对高速钢W 18Cr4V进行真空激光熔凝硬化处理以及真空激光熔凝生成Al Cu Fe非晶态合金相的实验结果     

碱金属碱土金属对Yb3+掺杂硅酸盐激光玻璃的物理和光学特性影响

高功率掺杂光子晶体光纤激光器受到国内外研究者的广泛关注,应用于掺杂光子晶体光纤纤芯的掺杂玻璃制备成为自主拉制掺杂光子晶体光纤,进而实现高功率激光器的国产化基础问题之一。通过高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂浓度相同、基质碱金属和碱土金属成分不同的硅酸盐玻璃,计算并分析了碱金属、碱土金属对玻璃样品的物理性质、光谱性质和激光特性的影响。结果表明:Yb3+-SiO2-Li2O-MgO-CaO-BaO-Al2O3多组分硅酸盐玻璃是优质的Yb3+掺杂光子晶体光纤的纤芯材料之一,为后期制备双包层Yb3+掺杂光子晶体光纤激光器的纤芯材料提了供理论和实验依据。     

不同延时的组合脉冲激光致硅表面损伤研究

为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程,采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式,进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究,并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌;根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类,对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明,组合脉冲激光的损伤效应更为严重,包括解理裂纹、烧蚀和皱褶,表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度,而熔融深度随延迟时间的增加而减小;毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用,使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。     

PMMA激光辐照融化形貌和组织特征分析

为了深入研究聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的CO2激光辐照融化特性,依据热传导和能量守恒原理,建立低功率CO2激光辐照融化理论分析模型,解析计算CO2激光辐照融化PMMA的激光参数阈值,分析激光参数与温度变化相互关系,采用数码显微系统、SEM扫描电镜和XRD分析仪,测试分析PMMA试样的融化形貌和组织特征变化。结果表明,激光功率密度31.8~47.7 W/cm2可以满足PMMA融化且不发生热分解,实验结果与激光融化阈值理论计算基本相符,可为PMMA的CO2激光融化机制及其成型工艺研究提供参考依据。     

Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金激光熔凝的热效应模拟

为了研究激光增材制备非晶合金过程中熔池和热影响区的成形机制, 利用有限元软件ANSYS, 对激光增材制造技术的基础过程-激光快速熔凝Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5非晶合金的热效应进行了数值模拟分析。结果表明, 激光单点熔凝时, 熔池的平均冷却速率为6.3×104K/s, 热影响区的平均冷却速率为1.4×104K/s, 远高于Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5非晶合金的临界冷却速率1.5K/s, 说明激光单点熔凝的热变化满足非晶合金的生长条件; 激光单道熔凝过程中, 熔池的平均冷却速率仍比较高, 为2.11×102K/s, 但热影响区的平均冷却速率较低, 为74K/s, 且热影响区会产生弛豫累积, 可能造成一定程度的晶化。此研究为激光增材制备非晶合金材料提供热效应的理论基础。     

皮秒激光烧蚀7075铝合金数值模拟与实验研究北大核心CSCD

为了解超快激光与材料相互作用的机理,优化激光金属烧蚀能力,以达到理想的烧蚀效果,本文在二维轴对称模型中引入了适用于超快激光烧蚀的双温模型,模拟了皮秒激光对于以7075铝合金为代表的低熔点合金的烧蚀行为。通过更改皮秒激光的功率密度和冲击次数,确定皮秒激光各参数对于7075铝合金的影响并与实验结果相对照。结果表明,激光烧蚀的深度小于通过双温模型计算出的金属熔化温度层,同时激光的烧蚀深度与激光密度线性相关,当烧蚀深度大于一定数值时,激光烧蚀深度几乎不随着烧蚀次数的增加而增大。