皮秒激光氧化铝陶瓷微孔加工工艺

陶瓷基复合材料因其优异的散热性能、绝缘性、热膨胀系数和物理硬度等,适用于大功率电力电子模块、航空航天和军工电子等领域,但由于在传统加工过程中易出现崩边、层间撕裂等缺陷,且无法实现微孔加工,限制了其应用.针对氧化铝陶瓷高质量微孔加工的需求,采用红外皮秒激光作为光源对氧化铝陶瓷进行了打孔试验研究,分析了激光功率、离焦量和扫...     

适合于纳秒激光微加工的压电陶瓷微位移平台

针对纳秒激光微加工的具体要求,设计了一种压电陶瓷的微位移工作台控制系统,它是由压电陶瓷、柔性铰链机构和DSP控制系统组成。基于TMS320VC33的DSP作为控制中心,主要用于对采集到的位移信号进行处理,通过PID算法控制微动平台的移动距离。将该微位移平台安装在纳秒激光微加工机上,与原系统配合进行加工,可以有效改善微结构加工的效果。     

氧化铝工程陶瓷研磨工艺研究

通过对氧化铝陶瓷工件的离散磨料研磨和固结磨料研磨试验,分析了研磨方式、磨料粒度、浓度及结合剂种类、研磨压力、研磨速度、研磨时间等工艺参数对成品的形状精度、表面粗糙度、研磨效率的影响,分析其研磨机量,提出了研磨工程陶瓷的合理方法。     

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。     

CFRP纳秒紫外激光交错扫描高质量切孔研究

利用纳秒紫外激光通过自上而下变焦点同心圆填充式扫描方法,可实现碳纤维复合材料（CFRP）通孔切割。在通过热烧蚀与光化学断裂激光去除材料过程中,一定脉冲重叠热积累以及沿碳纤维轴向显著热传导,致使切割边缘存在热影响区,严重影响材料力学性能。围绕提高切割质量,降低热影响区（HAZ）,本文提出一种交错扫描方法,并设计正交实验,分别采用顺序扫描和交错扫描模式切割CFRP。结果表明,交错扫描通过降低相邻轨迹热累积效应可显著降低热影响区,平均达20.13%,在参数组合60kHz,1250mm/s,0.06mm下降低幅度最大（28.37%）。同时可有效降低材料激光切割表面微观缺陷,包括裂纹、树脂基体损伤以及基体与碳纤维脱粘等缺陷。因此,交错扫描方法是显著提高激光切割CFRP表面质量的有效手段。     

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。     

基于纳秒激光加工技术的表面织构工艺参数研究

研究了脉冲激光输出功率、扫描间距和扫描速度对材料表面性能的影响,使用扫描电子显微镜、表面能测量仪对材料表面形貌、润湿性及表面能进行测量表征。结果表明,在一定范围内,激光功率对材料的性能影响较大,但由于等离子屏蔽效应影响,高功率范围内材料性能随输出功率变化不大。扫描间距和扫描速度对材料的影响效果相似,过低的扫描间距和扫描速度会抑制表面织构的效果,影响表面润湿性和表面能,同时会诱发大量微裂纹;过高的扫描间距和速度会降低织构密度,减小材料的表面润湿性能。     

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.     

金属铝靶在纳秒脉冲激光与连续激光组合辐照下的温度特性研究

本文研究了纳秒脉冲激光与连续激光组合辐照下的铝靶温度变化情况。根据一维热传导基本模型,建立激光辐照铝靶温度变化物理模型。通过仿真分析发现,在激光能量密度相同条件下,与连续激光辐照相比,纳秒脉冲激光辐照下的铝靶表面温度先急剧增大,随着脉冲激光作用结束,靶面温度急剧下降。在组合激光辐照下,靶面温度急剧增大的时刻与脉冲激光开始作用时刻基本相同,且金属铝靶内部温度显著变化仅发生在表面微米级厚度内。     

电镀金刚石砂轮面磨削氧化铝陶瓷的机理研究

本文利用电子扫描电镜，观察了金刚石磨粒的微切削刃以及氧化铝陶瓷试件的磨削时的表面、已磨削表面，对电镀金刚石砂轮磨氧化铝陶瓷的机理进行了研究，指出氧化铝陶瓷已磨削表面的缺陷以及脆性袭纹为主，磨削温度对材料去除过程影响很大，有可能存在非裂纹扩展的陶瓷材料去除方式。     

激光加工凝胶注模成型氧化铝陶瓷坯体的试验研究

采用不同雕刻工艺参数对凝胶注模成型的Al2O3陶瓷坯体进行雕刻试验。详细分析了工艺参数对单层雕刻深度、雕刻质量的影响以及激光雕刻陶瓷坯体的机理。当激光输出功率为12mA、扫描间隔为0．15mm、激光扫描速度为27mm／s时,陶瓷坯体试样获得较高的雕刻质量。利用试验中获得的参数数据进行了三维实体的雕刻并给出了应用实例。结果表明,分层成形原理可以应用于激光雕刻领域,三维雕刻系统能够在陶瓷坯体表面直接加工真正的三维图形。     

A Comparison in Laser Precision Drilling of Stainless Steel 304 with Nanosecond and Picosecond Laser Pulses

Precision drilling with picosecond laser has been advocated to significantly improve the quality of micro-holes with reduced recast layer thickness and almost no heat affected zone.However,a detailed comparison between nanosecond and picosecond laser drilling techniques has rarely been reported in previous research.In the present study,a series of micro-holes are manufactured on stainless steel 304 using a nanosecond and a picosecond laser drilling system,respectively.The quality of the micro-holes,e.g.,recast layer,micro-crack,circularity,and conicity,etc,is evaluated by employing an optical microscope,an optical interferometer,and a scanning electron microscope.Additionally,the micro-structure of the samples between the edges of the micro-holes and the parent material is compared following etching treatment.The researching results show that a great amount of spattering material accumulated at the entrance ends of the nanosecond laser drilled micro-holes.The formation of a recast layer with a thickness of~25μm is detected on the side walls,associated with initiation of micro-cracks.Tapering phenomenon is also observed and the circularity of the micro-holes is rather poor.With regard to the micro-holes drilled by picosecond laser,the entrance ends,the exit ends,and the side walls are quite smooth without accumulation of spattering material,formation of recast layer and micro-cracks.The circularity of the micro-holes is fairly good without observation of tapering phenomenon.Furthermore,there is no obvious difference as for the micro-structure between the edges of the micro-holes and the parent material.This study proposes a picosecond laser helical drilling technique which can be used for effective manufacturing of high quality micro-holes.     

纳秒脉冲电流提高微细电化学加工精度的研究

分析了电极反应的暂态过程,探讨了超短脉冲电流提高电化学加工精度的机理,并根据法拉第定律和巴特勒伏尔摩方程建立了电化学暂态加工的数学模型。在微细电化学加工系统中,采用纳秒级的超短脉冲电流,通过加工试验验证了理论分析,加工出了直径为20μm的微小孔。     

Al2O3陶瓷材料的摩擦学研究进展

氧化铝陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性好、高温性能优良、抗黏结和抗扩散能力强、化学稳定性好等特点,广泛应用于高速切削和切削难加工材料领域。从陶瓷材料晶粒尺寸与摩擦学性能相关性、复相氧化铝陶瓷材料的摩擦学性能和氧化铝陶瓷的磨损机制3个方面,综述氧化铝陶瓷材料摩擦学研究进展,以期为新型高品质氧化铝陶瓷刀具材料的开发提供帮助。细化晶粒和组分复合化是提高陶瓷材料的强度和断裂韧性,进而提升其摩擦学性能的有效途径,但目前氧化铝陶瓷摩擦学研究主要是基于晶粒尺寸为600 nm以上的单相陶瓷和基体晶粒尺寸为1μm左右的复相陶瓷材料,对纳米/超细晶(500 nm以下)氧化铝陶瓷材料的研究是未来的研究方向。     

雪崩晶体管纳秒脉冲电源的电压波形上升速度研究

对纳秒脉冲产生电路的电源电压和输出脉冲的上升特性之间的关系进行了研究。在实验中采用雪崩晶体管并联供电串联放电的Marks电路，数据表明在一定的电压范围内电源电压变化对脉冲的上升时间t，影响不大，它和脉冲幅度、脉冲的平均上升速度（dv/dt、di/dt）一定的范围内有简单的线性关系，这个结果对脉冲电源电路的设计具有参考价值。     

纳秒激光加工2.5维Cf/SiC复合材料的烧蚀孔洞特征

针对新型材料2.5维碳纤维增强陶瓷基（Cf/SiC）复合材料采用传统机械加工难以去除加工的问题,采用纳秒激光烧蚀2.5维Cf/SiC复合材料,烧蚀后采用扫描电子显微镜观察其烧蚀孔洞形貌特征,并分析其烧蚀去除机制,讨论激光加工参数对烧蚀孔径的影响。研究表明,Cf/SiC复合材料的激光烧蚀区域出现烧蚀孔洞、重凝、纤维断口、末端气胀,以及长轴与纤维方向一致的椭圆形材料性能变化区域等烧蚀现象;激光烧蚀Cf/SiC复合材料过程中存在氧化的化学变化现象;烧蚀产生的孔径随烧蚀功率的增加和烧蚀时间的延长而增大,烧蚀时间和烧蚀功率均较大时,可能存在烧蚀孔洞被重凝材料堵塞或部分堵塞的情况。计算出纳秒激光的束腰半径为223 μm,纳秒激光烧蚀Cf/SiC复合材料的烧蚀阈值为0.32 J/cm2。     

利用脉冲激光对木制品表面抛光技术的研究

介绍了木制品表面的毛刺现象以及去除木制品表面毛刺使木制品表面抛光的重要性。利用脉冲激光对木制品表面进行抛光的技术,最后对脉冲激光使木制品表面抛光技术的发展趋势进行展望。     

激光熔覆陶瓷涂层研究现状与展望

陶瓷材料具有高硬度、高熔点、高耐蚀等特性,常被应用于机械装备关键零部件的表面强化改性和再制造修复。随着装备服役工况日益苛刻,传统金属材料所制备的装备运动部件在服役过程中易于发生磨损、腐蚀、变形等失效,进而导致服役性能退化,严重时甚至引发装备恶性故障。激光熔覆作为一种高效的表面强化和再制造技术,在提升基材表面耐磨、耐蚀、耐热、抗高温氧化等性能方面具有重要应用前景。通过激光熔覆技术在零部件表面制备陶瓷涂层,对于延长关键零部件寿命、提高资源利用率、节约稀贵金属材料具有重要意义。首先按照陶瓷涂层的组织结构和成形机理对激光熔覆陶瓷涂层进行了分类介绍;然后结合激光熔覆制备陶瓷涂层的典型缺陷详细阐述了涂层质量优化的常用方法;而后综述了激光熔覆陶瓷涂层在提升零件耐腐蚀、耐磨损、耐高温性能和提高生物相容性等方面的应用情况;最后,总结了激光熔覆陶瓷涂层技术发展现状,并展望了激光熔覆陶瓷涂层技术的发展趋势。     

基于小波分析的脉冲激光回波抗干扰算法研究

针对脉冲激光雷达易受自然环境干扰的问题,提出了采用小波分析的抗干扰方法,通过脉冲激光对真实目标和干扰目标的回波差异分析,采用小波分析对激光雷达回波进行处理。在此基础上建立脉冲激光雷达回波的数学模型,设计基于小波分析的抗干扰算法,通过仿真验证,该方法具有良好的抗云、雾、烟尘等自然环境干扰的性能。