薄壁金刚石工程钻头激光焊接技术及装备

深入探讨了薄壁金刚石工程钻头激光焊接的技术及装备发展现状及趋势。针对金刚石钻头结构特点和焊接工艺特点,综合分析了德国Dr．Fritsch公司、韩国Diex公司及华中科技大学激光加工国家工程研究中心研制生产的三种激光焊接装备的结构,包括基体、刀头的传送、夹紧、焊接方式。总结了目前国际上广泛采用的板条、轴快流、横流CO_2激光器的特点及其成套系统的匹配性。     

金刚石工具用预合金粉末的研究动态

本文介绍了金刚石工具用预合金粉末特点，重点分析了国外NEXT、Diabase-、Cobalite系列最新预合金粉产品性能及应用特点，着重比较了各预合金粉产品激光焊接性能及其与加强胎体特殊应用性能元素的混合使用性能，并在此基础上预测了未来预合金粉研究趋势。     

金刚石钻头激光焊接系统的自动控制研究

采用Festo气动机械手、传感器元件及松下伺服电机，开发了一种新型金刚石钻头激光焊接自动控制系统。探讨了系统的软硬件设计方案及控制算法，解决了精确定位、位置检测、自动控制与程序稳定性等关键技术。所研制的系统适用于直径为20～300mm各种钻头的焊接，无需专用夹具，为薄壁金刚石钻头的系列化生产提供了新装备。     

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术,在Si(111)衬底上生长了GaN薄膜.XRD、AFM、PL和Hall测量的结果表明在2～20Pa沉积气压范围内,提高沉积气压有利提高GaN薄膜的结晶质量;在150～220mJ/Pluse入射激光脉冲强度范围内,随着入射激光脉冲强度的提高,GaN薄膜表面结构得到改善.研究发现,在700℃衬底温度、20Pa的沉积气压和220mJ/Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的结构质量和光电性能.     

高功率横流CO2激光器的锥面反射镜谐振腔

根据针-板放电5kW横流CO2激光器的结构特点,设计并实验研究了直角锥面镜作为全反射镜的谐振腔。在菲涅耳-基尔霍夫理论的基础上,引入柯林斯公式并考虑增益影响,推导了锥面谐振腔的衍射积分方程,并进行了相应的模拟计算。研究结果表明,在高功率横流CO2激光器中锥面反射镜与平面输出镜相配合使用组成稳定腔,获得了TEM30的低阶模输出;由于锥面反射镜受加工精度的影响中心残留有加工盲孔,导致TEMmn(m=0,n≠0)的模损耗较大不易耦合输出;而镜面中心场分布很弱的其他低阶模因损耗小,则会优先输出。     

高功率横流CO2激光器新型激光谐振腔实验研究

在高功率横流CO2激光器上设计了一种新型激光谐振腔(平-锥腔),实验研究了其输出光束特性,并与平-凹腔的输出特性进行了比较.结果表明:在腔长3m,输出镜光阑直径φ30mm时,平-锥腔的输出光束模式为TEM30模,平-凹腔与平-锥腔的输出光束发散角分别为2.6mrad、2.1mrad,当输出镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为16%、8%,当反射镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为20%、5%,因此平-锥腔具有较高的抗失调稳定性,而且锥面全反镜的抗失调性能优于凹面全反镜.     

硅晶圆多焦点激光隐切算法与实验

硅晶圆激光隐形切割是指激光聚焦在晶圆内部使其产生热裂纹,通过控制热裂纹的扩展方向实现硅晶圆的高质量切割,具有广阔的应用前景。在硅晶圆内部沿着光轴方向一次生成多个焦点,可以实现硅晶圆的多焦点隐切。本文提出了一种大数值孔径下的轴向多焦点算法。将不同焦距的相位差值作为变量,通过迭代求解出傅里叶级数满足要求的原函数,然后对变量进行非线性映射就可以得到目标相位图。通过改变傅里叶展开后的各项系数,实现了轴上焦点数目、各焦点能量和间距的调节。利用MATLAB仿真得到了不同能量比、不同焦点间距的轴向三焦点和五焦点的光场,各焦点能量比例和间距与设计预期基本一致,能量利用率均达到了90%以上。选用1.342μm纳秒激光器对250μm厚硅晶圆进行激光隐切实验,使用空间光调制器加载目标相位图,将等能量的三个焦点分别聚焦在硅晶圆表面下方35.0,105.2,176.0μm处,在激光功率为1.2 W、切割速度为200 mm/s的条件下成功实现了硅晶圆的三焦点激光隐切。     

高功率高光束质量环形凹面镜激光谐振腔

激光谐振腔是激光系统的核心部件,常用球面镜激光谐振腔难以在短增益介质下同时获得高功率和高光束质量的激光输出。     

基于神经网络的Co基硬质合金激光熔覆工艺优化

建立了Co基硬质合金激光熔覆工艺优化的BP人工神经网络模型,应用该模型对熔覆粉末中TiC百分含量和熔覆工艺参数对硬质合金熔覆层质量的影响进行建模学习训练,成功地预测了熔覆工艺参数对其熔覆层显微硬度和气孔数的影响。当激光功率一定时,熔覆层的显微硬度随扫描速度的增加而增大;激光光斑为2.5mm×6mm的椭圆光斑。在激光输出功率为2900W、扫描速度为18mm/s的优化实验条件下,所得到的Co基硬质合金熔覆层平均显微硬度高达HV0.21197且具有较少的气孔缺陷。结果表明,所建模型有利于Co基硬质合金粉末成分设计和工艺参数优化。     

金刚石颗粒-金属粉末的CO2激光烧结机理研究

采用高功率横流CO2激光光束、60%Cu-15%Sn-10%Ni-15%Ti（质量分数）合金钎料和保护氩气在45^#钢板表面钎焊金刚石颗粒。研究了钎料厚度、激光功率、激光扫描速度、离焦量对钎焊层的影响,分析了钎焊层的微观组织结构,讨论了其冶金结合机理。结果表明：在激光功率850W、扫描速度9mm/s、光斑直径3mm、负离焦、激光钎焊粉料的厚度为0.5mm时,可获得金刚石颗粒、钎料合金、金属基体三者具有最佳结合性能的钎焊层;金刚石表面可能生成了TiC层,钎焊样品没有明显的缺陷,钎焊层、金刚石和钢板有较高的结合强度。