激光移動刻蝕樹脂基復(fù)合材料仿真分析.pdf

1、激光技術(shù)的產(chǎn)生無疑推動了材料加工領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是短脈沖激光具有能量高，方向性好，無需接觸等優(yōu)點，適合用于進(jìn)行精細(xì)加工。對于某些衛(wèi)星天線反射器表面的加工，納秒脈沖激光具有不可替代的優(yōu)勢。這類天線反射器用到一種以聚合物為基底表面涂覆金屬薄膜的復(fù)合材料，根據(jù)功能需要，需要將金屬薄膜加工成按照一定規(guī)律圖案分布的高精度功能薄膜。由于加工尺寸很小，金屬薄膜也只有幾微米的厚度，加工過程還不能損傷聚合物基底，所以傳統(tǒng)的加工方法難以達(dá)到加工要求。但是，

2、由于影響激光刻蝕結(jié)果的因素很多，確定合適的激光刻蝕參數(shù)的過程需要耗費(fèi)時間和材料，具有一定的盲目性。因此本工作利用有限元模擬軟件COMSOL Multiphysics對激光刻蝕金屬-聚酰亞胺復(fù)合材料過程進(jìn)行模擬實驗，希望能加快實驗進(jìn)度，降低實驗成本。工作主要有以下幾個方面：
　?。?）對激光刻蝕金屬材料的過程進(jìn)行分析和模型化，從激光與物質(zhì)發(fā)生的相互作用機(jī)理著手，討論了熱傳遞過程及刻蝕過程中涉及到的重要的熱物理參數(shù)，介紹了有限元軟件的

3、特點和計算過程。
　　（2）建立了激光刻蝕單層和多層金屬-聚酰亞胺復(fù)合材料的幾何模型，選擇“固體傳熱”接口，對模擬過程用到的物理參數(shù)進(jìn)行了定義，將激光作為一個高能量熱源，對熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的邊界條件以及傳熱方程進(jìn)行說明，對金屬薄膜的網(wǎng)格做了加密處理。
　?。?）考慮到脈沖激光加熱方式和連續(xù)激光的不同，模擬中將刻蝕分為加熱和冷卻階段，通過對加熱階段計算任一時刻的溫度場，并對結(jié)果進(jìn)行分別處理。假設(shè)溫度達(dá)到氣化點以上即成為金

4、屬蒸汽而被刻蝕，得到加熱結(jié)束后刻蝕輪廓和溫度場，并作為冷卻階段的初始輸入值，如此得到一定移動速度下連續(xù)幾個脈沖過后刻蝕深度和刻蝕輪廓。通過比較不同速度的刻蝕結(jié)果，隨激光掃描脈沖的增加，刻蝕深度增加并逐漸達(dá)到最大值，之后刻蝕深度不變，刻蝕形貌呈盆狀。移動速度越大的激光，越早達(dá)到其最大刻蝕深度，且刻蝕深度也越小。金屬薄膜與聚酰亞胺基底界面處溫度變化相對于金屬薄膜表面在時間上有一定的滯后。
　?。?）為了研究金屬夾層對刻蝕結(jié)果的影響，對