基于飛秒激光的氧化硅纖維陶瓷加工研究.pdf_第1頁(yè)
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1、氧化硅纖維陶瓷是種新型超硬復(fù)合材料,其在軍工和民用產(chǎn)業(yè)上均有著廣泛的應(yīng)用,但國(guó)內(nèi)外對(duì)這種材料的加工工藝與加工機(jī)理均尚無(wú)進(jìn)行系統(tǒng)的研究工作,所以對(duì)其進(jìn)行加工研究具有重大的意義。氧化硅纖維具有硬度大、強(qiáng)度高的特點(diǎn),使用傳統(tǒng)加工方法存在設(shè)備老化嚴(yán)重、不能滿足精度要求等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題,本文展開(kāi)了針對(duì)氧化硅纖維的加工工藝與加工機(jī)理研究。本研究主要內(nèi)容包括:
 ?、旁趯?shí)驗(yàn)室的飛秒激光微加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,利用面積推算法獲得了氧化硅纖維的飛秒

2、激光破壞閾值,并輔以對(duì)藍(lán)寶石材料的閾值測(cè)量,獲得了破壞閾值與晶格結(jié)構(gòu)的關(guān)系;同時(shí)得到了燒蝕閾值能量密度隨脈沖個(gè)數(shù)的變化關(guān)系,并對(duì)變化原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明藍(lán)寶石的破壞閾值高于氧化硅纖維的,即飛秒激光微加工適用于氧化硅纖維陶瓷;材料中原子之間的作用力越強(qiáng),則破壞這種材料所需要的能量越大;激光對(duì)材料的破壞存在孵化效應(yīng),即前一個(gè)激光脈沖誘導(dǎo)的材料改性將在下一個(gè)脈沖持續(xù)期間發(fā)揮作用;激光輻照下氧化硅纖維孵化效應(yīng)產(chǎn)生的原因是材料內(nèi)部存在雜質(zhì),藍(lán)

3、寶石孵化效應(yīng)的原因是存在晶格缺陷。
 ?、评霉鈱W(xué)顯微鏡和表面輪廓儀分析了加工方向、平均功率、加工速度、路徑數(shù)目、激光偏振狀態(tài)和重頻等參數(shù)對(duì)氧化硅纖維陶瓷加工效果的影響,提出了加工參數(shù)的優(yōu)選原則,并對(duì)微加工的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選。結(jié)果表明垂直于纖維方向加工形貌優(yōu)于沿著纖維方向加工,但沿著纖維方向加工出的溝槽垂直度較好,且單脈沖去除速率較大;隨著平均功率的增加,去除速率增加,但熱影響區(qū)增大,形貌變差;隨著加工次數(shù)的增加,溝槽深度先增加后不

4、變,溝槽的寬度變化不大;溝槽深度與加工速度呈反相關(guān)關(guān)系,加工速度對(duì)溝槽的寬度影響不大;當(dāng)激光為圓偏振光時(shí),加工形貌與材料去除速率不受運(yùn)動(dòng)方向的影響,當(dāng)激光為線偏振光時(shí),不同運(yùn)動(dòng)方向情況下材料去除速率與表面形貌均有差別;低重頻激光熱影響區(qū)小,但加工邊緣質(zhì)量差,高重頻激光恰與其相反。
 ?、鞘占藢?shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體發(fā)射譜線,并將飛秒激光和納秒激光加工過(guò)程中等離子譜線發(fā)射元素進(jìn)行對(duì)比,分析了飛秒激光加工氧化硅纖維陶瓷超硬材料的機(jī)理

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