激光驱动复合飞片加载金属箔板的成形能力

激光驱动飞片加载金属箔板成形技术是一种新型微成形技术,其飞片的结构和性能是影响该技术成形能力和质量的主要因素之一。通过Spitlight 2000Nd:YAG激光器探究了复合飞片(主要由黑漆吸收层、聚酰亚胺隔热层和铝飞片组成)对激光驱动飞片加载金属箔板成形性能的影响。实验结果表明复合飞片能够增大工件的最大成形深度,同时工件形貌中心与模具中心的对中性更好,证明复合飞片在成形过程中对冲击波具有增压和均压作用,能够提高该技术的成形能力和质量。讨论了复合飞片提高成形能力和质量的原因,同时探究了激光能量和聚酰亚胺薄膜厚度对成形性能的影响。     

激光驱动飞片加载金属箔板成形的加载机制

介绍了激光驱动飞片加载金属箔板成形的方法.采用激光驱动飞片的Gurney模型,计算得出功率密度0.64 GW/cm2时,10μm厚的铝飞片速度可达到250 m/s,碰撞压力为1.9 GPa,是约束模型下激光诱导压力的3倍左右.表明激光驱动飞片加载的成形能力显著高于激光直接冲击;采用LS-DYNA软件数值模拟了激光驱动飞片加载铝箔微成形过程,发现冲击载荷下飞片应力、速度变化的模拟结果与理论计算吻合度较好,验证了激光驱动飞片加载机制的正确性.     

激光冲击铜箔飞片及其复合成形研究

提出了一种激光冲击形成飞片,进而驱动飞片直接成形工件的复合工艺。结合剪切模具,使用波长1064nm的Nd:YAG平顶型短脉冲激光束,在厚度为50μm的铜箔上冲击得到高质量飞片,利用高速飞片直接在成形模具上进行塑性成形,获得了具有良好成形效果的胀形件和环形剪切件。对激光冲击驱动飞片复合成形的机理和性能进行了探讨,并对实验过程中出现的现象及问题进行了初步分析。作为一种高效冲压成形方法,不仅拓展了激光微冲击成形技术的应用领域,也为激光驱动飞片加载金属薄板成形微结构等研究提供了参考。     

激光驱动飞片加载金属箔板成形实验研究

提出了一种新的微成形方法--激光驱动飞片加载金属箔板微成形技术,结合飞片速度模型和加载压力模型阐述了成形机理,利用10μm厚的铝箔进行了初步成形实验.在体式显微镜下观察成形后的铝箔表面光滑,并且与模具的贴合程度较高,表现出很好的成形精度.考察了激光能量对铝箔成形深度的影响.通过表面轮廓形貌测量仪检测发现,成形深度受激光能量的影响比较大.在光斑直径为1 mm,单脉冲激光能量为25～40 mJ时,铝箔成形深度随激光能量基本呈线性关系增加,单脉冲激光能量在45～50 mJ时,铝箔由于破裂成形深度大幅增加.     

激光驱动飞片复杂轮廓多孔微冲裁实验及模拟

激光驱动飞片微冲裁技术是在约束层模式下利用脉冲激光辐照飞片箔材诱导冲击波驱动高能飞片加载金属薄壁工件实现冲裁的微孔制造技术。实验中,使用INNOLAS SpitLight 2000Nd-YAG短脉冲激光器,20μm厚的铝制飞片;采用厚度为0.5mm AISI 1095钢薄片制作微模具,模具硬度为58HRC,利用皮秒激光铣削技术在模具中心加工微模孔阵列,在厚度为20μm的铝箔板上一次性冲裁出三个外接圆直径为500μm的梅花状通孔。通过KEYENCE VHX-1000C超景深三维显微系统进行观测,微冲孔具有良好的冲裁轮廓质量,工件上表面与冲裁断面有圆角带过渡,下表面轮廓处毛刺现象不明显。并以ANSYS/LS-DYNA为平台,使用有限网格单元法和流体动力学光滑粒子法对微冲裁过程进行了数值模拟,分别从断面形成、等效应力分布、等效塑性应变分布以及粒子位移变化等不同方面分析了激光驱动飞片多孔微冲裁工艺的基本特性。     

激光驱动飞片微塑性温成形实验研究

提出了一种激光驱动飞片微塑性温成形方法,采用波长1064nm的Yd:YAG激光器进行了温成形实验,对T2紫铜成形件三维形貌进行观测,分析了温度(25℃,100℃,150℃,200℃)与激光能量(1020,1380,1690,1900mJ)对成形深度的影响;使用纳米压痕仪研究了成形件成形区域硬度变化规律,并对成形机理进行了初步分析。结果表明,激光驱动飞片微塑性温成形方法可以获得较好的综合性能:不仅可以提高紫铜温成形能力,而且可以适当增强冲击区域硬度。分析认为,激光驱动飞片微塑性温成形是激光驱动飞片冲击强化机制与温度软化机制相互竞争的结果。     

激光诱导冲击成形的研究进展

激光冲击成形是一种利用高能短脉冲激光诱导的高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的新技术。本文介绍了激光冲击成形的原理,系统阐述了成形工艺参数对成形质量的影响。在总结激光冲击成形研究现状的基础上,指出激光动高压加载驱动成形方法是激光冲击成形的发展方向。最后提出动高压加载驱动成形可以在微体积成形方面进行应用拓宽。     

多层金属复合板激光冲击柔性微成形实验研究

研究了一种多层金属复合板激光冲击柔性微成形(LSFF)的新工艺,验证了该工艺的可行性,发现在合适的工艺参数下,成形件没有层裂或裂纹等缺陷。研究结果显示,在LSFF下,镍/铜/镍金属复合板的成形深度介于铜箔和镍箔的之间,且成形深度随着激光能量和激光冲击次数的增加而增加。成形件表面发生了粗化现象,且其粗糙度随着激光能量的增加而增加。     

基于激光驱动的飞片动能数值计算

激光驱动飞片技术在新型动高压加载、模拟太空粒子运动规律方面有重要的应用价值,而基于激光驱动的飞片动能数值计算一直是研究的热点.本文以激光支持的爆轰波(LSDW)为理论基础,通过分析作用于飞片上的爆轰波压强随时间和空间的变化规律,并结合冲量定理以及动量与动能的对应关系解析得到飞片的动能计算式.最后,以铝飞片为例,详细分析了激光的功率密度、脉宽、飞片直径和厚度对飞片动能的影响,结果表明:激光功率密度越高,脉宽越长,飞片直径越大,厚度越小,飞片获得的动能越大.     

金属箔板激光动态微拉深成形技术

设计了金属箔板激光动态微拉深实验系统,介绍了该技术的成形机理,结合实验研究了金属箔板激光动态微拉深成形的成形性能.研究结果表明,金属箔板激光动态微拉深成形技术的加工柔性、可控性更好,成形精度更高、成形质量更好,有效地抑制起皱等缺陷的产生.     

连续氩氪离子激光晶化非晶硅薄膜的研究

为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。     

Silicon and Nanoscale Metal Interface Characterization Using Stress-Engineered Superlayer Test Methods

Thin film layers are utilized in emerging microelectronics, optoelectronics, and microelectromechanical systems (MEMS) devices. Typically, these thin film layers are composed of different materials with dissimilar properties. A common mode of failure for thin films is delamination caused by external loading or intrinsic stress present in the materials. To characterize bonded thin film material systems, it is necessary to measure the interfacial fracture toughness. When material thicknesses approach micro- and nanoscales, interfacial fracture toughness measurement is a challenging task. Accordingly, innovative test techniques need to be developed to study interfacial fracture parameters. The ongoing research at Georgia Institute of Technology is developing fixtureless delamination test techniques that can be used to measure interfacial properties of micro- and nanoscale thin films. The single substrate decohesion test (SSuDT) and the single-strip decohesion Test (SSDT) are such fixtureless tests under development. In these tests, a thin film interface material of interest is deposited on a substrate. Then, delamination is driven by a superlayer material on top of the interface material. This superlayer material is sputter deposited and has high intrinsic stress. A deposited release layer material allows for the contact area between the interface material and the substrate to be controlled. These tests differ in geometry, but share the same generic methodology and can be used for a number of material systems over a wide range of mode mixities. This paper presents the methodology and implementation of the SSuDT and SSDT tests and compares results to better understand their scope. A case study of the interfacial fracture toughness as a function of mode mixity for titanium and silicon interface was performed.      

微尺度热传导理论及金属薄膜的短脉冲激光加热

概述了微尺度热传导理论的几种模型及其求解方法。以金属薄膜的短脉冲激光加热为例,分析了固体材料在微尺度条件下的热响应特征,主要包括短脉冲激光加热条件下金属薄膜中的热平衡时间、薄膜中热传递的波动性特征和微尺度条件下热传递的尺寸效应;同时讨论了对流热损失对金属薄膜热行为的影响。     

SiO2-TiO2溶胶-凝胶薄膜的激光致密化研究

为了研究激光直写技术在薄膜器件成型工艺中的应用,采用波长为1.07μm的连续光纤激光器对SiO2/Si基表面SiO2-TiO2多孔溶胶-凝胶薄膜进行致密化的方法,得到了激光功率密度对薄膜收缩率的影响规律以及热处理温度对薄膜的激光致密化功率密度阈值和厚度变化的影响结果.结果表明,薄膜收缩率随着激光功率密度的增加而增大.薄膜热处理温度越高,激光致密化功率密度阈值越高,达到薄膜致密化极限需要的激光能量越大.激光致密化机制是通过硅衬底吸收激光能量,然后以热传导的形式加热溶胶-凝胶疏松薄膜,实现薄膜致密化.     

高速运动飞片的F-P干涉测量技术研究

为了测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)光学共振腔的选频特性进行多普勒频移绝对量的检测来连续测量飞片运动速度的方法,建立了一套基于此方法的测量装置,并利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片装置对所研制的F-P干涉测速仪进行了原理性实验验证。利用所研制的F-P干涉测速仪测量了飞片速度在60ns的时间内由静止加速到大于3km/s的速度的全过程,测量数据的不确定度小于5%。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点,在爆轰物理与冲击波物理实验研究中具有较好的应用前景。     

激光冲击铜薄膜的应力波传播特性模拟分析

为了研究冲击波的传播特性,采用有限元分析方法模拟不同参量激光冲击铜薄膜的过程,结合应力波理论分析了膜-基系统的动态应力波传播特性。结果表明,激光能量为30mJ时,冲击波为弹性波,薄膜在单次冲击作用下,其内质点速率最大为-0.018mm/s,3次冲击作用下,薄膜内部质点速度与残余应变变化较小;激光能量为120mJ时,冲击波为弹塑性波,3次冲击比单次冲击质点最大速率减小了26.44%,残余应变深度增加了35.48%。这对研究冲击波传播具有指导意义。     

本征非晶硅薄膜的准分子激光晶化

为了减低非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应和提高其光电转换效率,用等离子体化学气相沉积系统制备了本征非晶硅薄膜,用波长为248nm的KrF准分子激光器激光晶化了非晶硅表层,用共焦显微喇曼测试技术研究了非晶硅薄膜在不同的激光能量密度和不同的频率下的晶化状态,并用扫描电子显微镜测试晶化前后薄膜的形貌。结果表明,随着激光能量密度的增大,薄膜晶化效果越来越好,能量密度达到268.54mJ/cm2时晶化效果最好,此时结晶比约为76.34%;最佳的激光能量密度范围是204.99mJ/cm2~268.54mJ/cm2,这时薄膜表面晶化良好;在1Hz~10Hz范围内,激光频率越大晶化效果越好;晶化后薄膜明显出现微晶和多晶颗粒,从而达到了良好的晶化效果。     

激光法制备二氧化钒军事防护薄膜研究

二氧化钒(VO2)具有热致半导体—金属相变特性, 其相变温度为 68益, 最接近室温, 可作为理想的光学功能材料, 在军事上有广泛应用前景。脉冲激光沉积法作为一种新型的制膜方法, 相比其他方法具有粒子能量高、可控性强等优点。介绍了 VO2薄膜的光电特性及其在军事上尤其是激光防护领域的应用前景, 并重点探讨了激光法制备 VO2薄膜的相关问题及解决措施。