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。     

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。     

激光辅助加热切削氧化铝工程陶瓷的刀具磨损试验研究

氧化铝工程陶瓷具有较高的强度、硬度和较好的耐磨性,是典型的难加工材料,激光辅助加热切削是加工这种高硬度材料的有效方法之一。通过对氧化铝工程陶瓷在激光辅助加热切削时立方氮化硼(CBN)刀具的磨损试验,研究了激光功率、主轴转速和进给速率等不同工艺参数对刀具磨损所产生的影响。结果发现,CBN刀具的磨损形态主要表现为前刀面和后刀面磨损,造成刀具磨损的主要原因是磨料磨损和粘结磨损;同时还发现,与普通切削相比,采用辅助加热切削可以明显减小刀具的磨损。     

Al2O3陶瓷薄片CO2连续激光弯曲试验研究

脆性材料的激光弯曲成形技术是激光快速成形技术的重要应用,有着广阔的应用前景。本文通过改变激光功率、扫描速度等工艺参数,利用CO2连续激光对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲试验,同时引入线能量密度来寻求适合弯曲的最佳工艺参数,并结合氧化铝陶瓷的高温性能分析了其激光弯曲特点。试验结果表明：采用CO2连续激光可以对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲,弯曲角度可达2°;氧化铝陶瓷的激光弯曲过程具有强烈的温度敏感性,当试样表面温度大于临界温度时,弯曲角度迅速增加;适合弯曲的最佳线能量密度范围为17～24 J/mm 。     

飞秒激光进给速度对TiC陶瓷微孔加工的影响

采用螺旋打孔技术,在不同的激光进给速度下在TiC陶瓷上加工了微孔。用扫描电子显微镜分析了微孔形貌,利用能量色散谱仪研究了激光加工前后材料化学成分的变化,并结合X射线光电子能谱术(XPS)讨论了材料化学键的变化,探讨了利用飞秒激光加工TiC陶瓷过程中材料的去除机理。结果表明:所得到的微孔具有较好的形貌特征,孔边缘没有出现明显的微裂纹。微孔入口圆度达98%以上,入口直径略小于出口直径。激光进给速度对入口处孔边缘的微观形貌影响较大。进给速度较低时,激光切蚀区域出现平行的条纹状周期结构,随着进给速度的增加,表面以混沌的颗粒状结构为主。在较低或较高的进给速度下,重铸层都会出现更为剧烈的氧化现象,实验显示最佳的进给速率应在6.4μm/s左右。XPS分析显示材料的去除主要是通过多光子吸收,在加工过程中发生Ti-C键的断裂产生的Ti离子被氧化后会生成TiO2和Ti2O3。     

激光熔覆陶瓷送粉器的研制

本文叙述了研制激光熔覆陶瓷送粉器的重要性以及它的结构特点。该激光熔覆陶瓷送粉器可用于普通氧化铝、微细氧化铝粉、石英粉等多种陶瓷粉的输送，送粉均匀连续，重复性好，控制准确方便。送粉量可在每分钟零点几克到几十克之间变化。     

陶瓷喷嘴Nd:YAG激光精密打孔应用研究

通过在陶瓷喷嘴上进行激光打孔的多种工艺参数试验，分析了激光能量、脉冲宽度和激光频率等对打孔质量的影响，摸索出了一套切实有效的激光打孔工艺参数，较好地解决了小孔锥度问题，加工出了合格的陶瓷小孔样品。并对激光加工工艺参数进行了多因素分析，探讨了多种加工工艺参数对加工小孔锥度的影响。     

微孔超精密加工研究进展

近年来,电子、医药、航空航天等行业对高质量微孔结构的需求量日益增加,但加工精度低、加工半径尺寸受限、在复杂零件上加工困难等问题限制了其应用.传统微孔加工方法已无法满足高加工质量要求,超精密微孔加工方式仍有许多问题亟待解决.因此,本文对电化学、微细电火花、超声波、飞秒激光、复合加工等超精密加工方式在微孔加工中存在的问题进行了总结,并对不同的超精密加工方法的特点和相应问题的研究进展进行了综述,最后对微孔加工方式未来的发展趋势进行了展望.     

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。     

树脂基纤维增强复合材料的激光钻削研究

综述了近年来国内外纤维增强树脂基复合材料的激光微孔钻削研究现状,分析了复合材料激光钻削的激光源、加工参数的选择以及加工中出现的基体热损坏和孔加工误差,提出了改善加工质量的方法.     

微孔气流加压对ITO玻璃激光刻蚀平面度的影响

针对ITO玻璃表面线路激光刻蚀中因定位问题玻璃工件产生的微变形,采用微孔陶瓷对工件进行微气流阵列加压,确保高精度的激光刻蚀加工。分析不同加工工艺下的微气流压力分布,探究气流压力和刻蚀间隙对ITO玻璃刻蚀表面平面度的作用机制。结果表明：经微孔气流加压后,工件在气体流动的区域受到正压力,加工区域的压力分布较为均匀。由此可知,工件表面受到均布气压有利于刻蚀表面的定位,但过大的压力会导致工件微变形。实验结果显示：在合适的压力下,微孔气流加压可使得平面度低至8μm,当压力在0.16～0.2 kPa,刻蚀间隙在1.8～1.9 mm时,工件表面压力为13.2～14.4 Pa,此时平面度最好,微米尺度的刻蚀线路清晰,不产生破损。最后,对微孔气流加压的ITO玻璃进行激光刻蚀加工,可得到8μm以及25μm的表面微细线路,解决了通常无微孔气流加压的刻蚀工艺导致局部断点或变形线路引起产品短路或开路等问题。     

激光加工陶瓷坯体工艺的研究及现状

激光加工陶瓷坯体的工艺,可以使陶瓷的加工更加接近于金属的加工过程。该工艺首先通过先进的陶瓷成型技术制备出高度均匀的陶瓷坯体,这一过程非常类似于金属铸造生产的坯锭。结构陶瓷产业链可因此形成互相配合的3个专业板块,即陶瓷粉体、陶瓷坯体（坯锭）和陶瓷产品。陶瓷坯体采用陶瓷粉体批量制备。陶瓷零部件通过激光三维加工坯锭制造各种品种的陶瓷产品。每一个专业板块都是相互独立又相互联系的行业,这样的产业结构必将加速结构陶瓷产业的快速形成,市场前景极其广阔,意义深远。本文介绍了陶瓷凝胶注模成型技术和激光加工的基本原理和工艺过程,着重介绍了目前激光加工技术在陶瓷成型的应用研究。     

工程陶瓷的激光加热辅助切削技术

激光加热辅助切削工程陶瓷技术即使用激光作为外加热源先于刀具加热软化陶瓷工件,然后再使用刀具将软化的材料去除。较高的剪切变形区温度降低了陶瓷材料的屈服应力和硬度,陶瓷变形特征从脆性转变为塑性或者准塑性,从而提高切削效率,延长刀具使用寿命,有望解决陶瓷加工中的低效率和高成本现状。从激光加热辅助切削工程陶瓷研究进展、激光束的整合,以及切削机理等方面,对激光加热辅助加工工程陶瓷做了较为全面的论述。     

激光加工多孔密封端面的摩擦性能试验研究

对激光加工多孔密封端面的摩擦性能进行试验研究。试验在专用试验台上进行,不同转速条件下测量不同微孔深度和微孔密度的激光加工多孔密封端面的摩擦扭矩和端面温升,并与普通密封端面进行比较。结果显示,转速、微孔深度和微孔密度对摩擦扭矩和端面温升有很大影响;对于一定的微孔直径,优化微孔深度和微孔密度值,可使摩擦扭矩和端面温升最小。试验结果说明机械密封的微孔端面结构可显著改善密封环的摩擦性能。     

附加电场辅助纳秒激光微孔加工试验研究

针对激光微孔加工过程中出现的熔融物质再沉积、微孔锥度大以及存在热影响区等问题,采用波长为355 nm的UV纳秒激光对紫铜表面进行附加电场微孔加工研究.经过试验分析,样品表面的沉积物主要是回落的飞溅颗粒,故而设计附加电极装置,通过附加电场辅助纳秒激光微孔加工来减少表面沉积物,以提高材料表面的微孔质量.试验结果表明,附加电场下微孔入口直径和出口直径均增大,锥度减小,并且随着附加电场强度的增加,微孔锥度减小,样品表面的沉积物减少.当电场强度为150 kV/m时,样品表面的沉积物明显减少,沉积区域直径减小率可达38.2％.     

激光精微打孔工艺

在金属和非金属材料上用激光加工精微孔越来越受到广泛重视，并已日益推广。但在实际操作时，对激光精微打孔步骤以及激光能量参数、聚焦参数、加工参数的选择原则与方法处理不当，而达不到所要求的精度和表面质量。我校曾在一种特殊不锈钢零件上加工φ17μm的精微孔，深0．3～     

镶嵌MoS2的Al2O3/TiC基陶瓷刀具材料微孔表面摩擦磨损性能研究

采用Nd:YAG激光器在Al2O3/TiC陶瓷刀具材料表面加工出不同密度的微孔,并涂覆填装MoS2固体润滑剂,在UMT-2摩擦磨损试验机上进行往复摩擦试验,研究其在不同载荷和速度下的摩擦磨损性能,通过白光干涉仪、光学显微镜和扫描电镜观察激光织构化后表面特征和磨损后表面形貌。结果表明:激光织构化后,陶瓷材料表面发生了氧化;在相同的实验条件下,与光滑表面相比较,填装MoS2固体润滑剂的微孔表面能够有效地降低摩擦因数,减小磨损率。这主要是由于填装在微孔中的润滑剂在摩擦作用下涂覆到基体表面,形成润滑膜,起到减摩降磨作用,同时激光加工后微孔周围凸起及氧化后形成的摩擦特性优良的TiO2也能起到良好的减摩降磨效果。通过对磨损形貌分析,光滑表面磨损较为严重,有大量的犁沟产生,主要的磨损形式为磨粒磨损及脆性断裂;微孔表面磨损较为轻微,其主要磨损发生在微孔周围。     

氮化硅陶瓷水射流辅助激光精密加工

为解决工程陶瓷在激光加工中的表面质量问题提出了溶液辅助激光加工方法,首先在综合国内外有关研究的基础上,分析了激光穿越水层的能量传输、激光作用水下固体物质的热传导和静水及水射流辅助激光加工的作用机理;搭建了旁轴射流与超声振动辅助激光复合加工系统,开展了不同加工条件下氮化硅陶瓷刻槽对比试验。借助扫描电子显微镜检测分析激光刻蚀槽体形貌,运用激光共聚焦显微镜观测了槽体截面轮廓。研究表明,水射流辅助激光加工氮化硅陶瓷,因激光穿越水层、水的对流冷却等作用减少了激光烧蚀材料的有效能量,刻蚀深度有所降低;同时由于水层的存在改变了加工区域能量分布,使得槽口变宽。当激光电流200A、频率50Hz、脉宽0.6ms时刻槽深度相对减小30%,宽度增大21%。水与氮化硅在激光作用下的会发生水解等效应,且水蒸汽、材料蒸汽、熔融粒子、气泡等沿水流动方向被带走,有利于表面质量的提高,综合效果良好。     

激光技术在陶瓷材料加工的应用

工程陶瓷材料具有优良的综合性能,已在很多工业领域得到了广泛应用.激光技术是非接触式加工,具有能量密度大,能加工一些特殊型面等优点.在工程陶瓷材料加工方面体现出强大的发展潜力.本文综述了工程陶瓷的激光加工技术和激光加热辅助加工技术,阐述了各项加工技术的基本原理和加工质量影响因素,同时从恒量激光加工技术的加工效率和加工质量的角度,总结了优化工艺参数、应力引导控制裂纹、材料预处理等控制方法.     

激光加工多孔端面机械密封的摩擦性能分析

分析了工况参数和结构参数对激光加工多孔端面机械密封摩擦性能的影响。建立了激光加工多孔端面机械密封的计算模型和边界条件,采用有限差分法求解液膜控制方程,获得在不同操作工况和表面微孔结构参数下的密封开启力。理论推导得到了激光加工多孔端面机械密封的摩擦扭矩表达式,并对其进行了分析。结果表明,密封端面间的摩擦扭矩随着密封环转速的增加而增大;微孔深度和微孔密度有最佳参数,使密封端面间的摩擦扭矩最小,且与试验结果吻合。