光纤引导皮秒激光Al2O3陶瓷精细刻线研究

作为一项基础研究．提出了一种在陶瓷表面加工凹槽的新方法,利用光纤引导激光在陶瓷表面实现加工,并基于有限元分析法,对光通过光纤的电场强度进行了模拟,从实验和模拟两方面证明了光纤对激光具有光强增强效果,及其对光束的引导作用,能达到材料表面微结构的加工效果。与未用光纤引导激光加工的陶瓷表面做对比,光纤对光强的增强效应使得在具有高熔点、高硬脆物理特性的陶瓷表面产生刻蚀成为可能,小于聚焦光束直径（50μm）的增强区域尺寸保证了加工精度的提高。     

陶瓷激光切割技术的研究现状与思考

介绍了硬脆性陶瓷激光切割技术研究的若干新进展,着重从工艺角度系统地分析总结了激光加工陶瓷减少热损伤的4大类型:传统工艺的优化参数法、多道切割法、应力引导控制裂纹切割法以及辅助切割法.结合实际研究经验,针对陶瓷不同薄厚类型及三维切割需求,提出了目前该技术所需解决的主要问题及相关思考.     

高硬脆陶瓷激光加工技术的研究及进展

随着陶瓷材料应用领域的不断扩大,激光在陶瓷材料加工方面的巨大潜力日趋显现。由于陶瓷材料本征的硬脆特性,使得该技术的发展中还存在许多亟待解决的问题。根据近20年有关激光宏观加工陶瓷的论文和发明专利,从加工方法的角度系统地总结分析了激光加工陶瓷材料减少热损伤的8种常用方法,并讨论了各种方法的优缺点,在此基础上对激光加工陶瓷材料的研究现状和发展前景进行评述并提出相关建议。     

多种功能陶瓷的激光烧结技术

介绍了以Al2O3,Ta2O5,BaTiO3,Na0.5K0.5NbO3(NKN)等多种功能陶瓷为研究对象，在功能陶瓷激光烧结技术工艺特点及其特殊烧结效应等方面的实验研究结果。研究表明，采用激光烧结陶瓷技术的关键问题是建立合适的温度场，需要保证烧结时陶瓷径向温度场的基本均衡稳定及合适的轴向温度梯度;对于熔点接近2000 ℃的高熔点陶瓷，激光烧结功率密度上限为103～104 W/cm2;此外激光波长的选择定则、样品支架的选择及功率曲线调节方式的确定也不容忽视。激光烧结陶瓷具有特殊的物相和显微结构特点：易获得平衡相图中没有的新相，晶粒生长易具有取向性，可以在不添加烧结助剂的情况下通过液相传质完成高熔点陶瓷的致密烧结。该技术作为一项新型的陶瓷快速制备技术，有律可循，但还存在很多值得深入探究的地方。     

激光辐照制备高介电常数Ta2O5陶瓷

采用大功率CO2激光辐照制备高介电常数Ta2O5陶瓷,讨论了激光制备工艺参数如激光光束模式、功率密度、扫描速率、辐照时间、辐照方式等对制备材料介电性能和组织形貌的影响,分析了其作用机理.     

激光烧结陶瓷温度场的数值模拟

根据热传导理论，推导出了激光烧结陶瓷过程中的热传导方程;并采用数值模拟的方法，编写了基于有限差分法的计算机程序。在此基础上，分别模拟计算了在各种不同的烧结工艺条件下，CO2激光辐照Al2O3陶瓷的温度场,结果表明,采用激光辐照的办法烧结陶瓷可以使陶瓷在短时间内达到很高的温度。此外，还计算了烧结过程中材料的温度随空间的变化曲线,结果表明,平行于激光辐照方向的温度梯度大小不随烧结时间变化而只与激光功率有关，激光功率越大温度梯度越大。研究还发现：垂直激光辐照方向的温度梯度的大小取决于激光束的功率密度分布和光斑大小。     

金属正畸托槽皮秒激光清洗实验及其机理研究

<正>畸托槽广泛应用于牙齿正畸临床治疗中。但由于诸多因素,粘结后的托槽时常会发生脱落现象,需要回收清洗,重新粘结。采用皮秒激光(波长为532nm和1064nm;脉宽小于20ps)对Mini Sprint?金属正畸托槽进行了激光清洗研究,有效地解决了常规激光清洗中因入射光边缘衍射效应而导致柱状固位结构周缘粘结剂残留的问题,实现托槽的完全清洗。确认高频断续超短脉宽的脉冲作用在材料中形成的热弹性波以力学振动传播扩散的方式是实现皮秒激光完全清洗的主要机制,该机制不同于常规激光清洗的热蒸发机制。发现不同波长皮秒激光清洗后的托槽固位结构单元顶端的表面形貌存在差异,因托槽制作工艺引入的表面本征缺陷在较短波长532nm皮秒激光的辐照下,因表面等离子振荡效应的激发,而导致局域电磁场能量增强,形成有利于托槽粘结的微坑结构。     

激光加工陶瓷裂纹行为的理论分析及实验验证

通过建立脉冲激光陶瓷打孔二维温度场模型,计算了相应的热应力分布,预测了打孔过程中的两种裂纹形态--径向裂纹和环形裂纹,并由此预测出激光脉冲切割过程中的两种裂纹扩展方式--发散型和回归型,提出通过降低加工处温度、减少热影响区以及增大孔径(或切缝宽度),可以达到降低热应力,抑制加工裂纹产生的目的.通过讨论模型参数和激光加工工艺参数之间的对应关系,提出低占空比、高辅助气体压力和离焦加工是激光加工工艺参数优化的基本方向,通过对氧化铝陶瓷和单晶硅的激光加工实验,对裂纹的产生及扩展预测进行了验证,并对加工参数优化实现了陶瓷的激光无裂纹加工.     

激光辐照Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15压电陶瓷研究

采用CO2激光辐照方法,Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15(BSKNN)陶瓷压电性能得到显著提高。其最佳辐照工艺参数为:辐照功率密度Pmax=764.33 W/cm2,辐照时间t=90 s。与未辐照样品相比,激光辐照后BSKNN陶瓷压电常数有显著提高,d15从61.6 pC/N提高到了120.0 pC/N。采用X射线衍射和扫描电镜,分析了激光辐照BSKNN陶瓷的物相、显微结构和性能改变的机理。     

激光辐照改变功能材料物理性质

本文系统地介绍了近年来国内外应用激光辐射改变功能材料电、光、磁等物理性质的研究工作，涉及半导体材料、介电材料、高温超导材料和磁性材料等方面；分析了激光辐射改变材料物理性质的机理；讨论了该项技术的发展前景和存在的问题；指出；应用激光辐照技术，有选择地改变材料辐照层结构，以获得所需材料表层的物理性质，应是这一领域的主要研究目标。