飛秒激光燒蝕金屬的理論與試驗研究.pdf

1、飛秒激光加工技術以其極窄的脈寬與極高的功率密度，可以實現(xiàn)對任何材料的非熱熔性加工，具有加工區(qū)域小和精度高等優(yōu)點，在各種材料微細加工中應用日益廣泛，在微小模具制造方面有廣闊的應用前景。
　　首先，本文對飛秒激光與材料作用機理進行了深入探討。在飛秒脈寬條件下，化簡描述超短脈沖與材料作用的一維雙溫模型，并利用有限差分方法進行分析，得到材料表層電子與晶格溫度隨時間變化規(guī)律，從溫度角度分析飛秒激光非熱熔性加工的本質，并探討飛秒激光與金屬材料

2、作用的燒蝕閾值和液相爆破理論，并采用120fs激光在真空中燒蝕單晶銅試驗對其進行了驗證。
　　其次，在理論研究基礎上，采用Ti:Sapphire激光器發(fā)出的50fs脈寬激光，對彈簧鋼65Mn材料進行了空氣中燒蝕孔試驗研究。燒蝕孔徑隨脈沖能量增加與脈沖數(shù)目增多而增大，并通過數(shù)值擬合得到材料的燒蝕閾值與累積系數(shù)，并對燒蝕孔周期性表面結構等形貌產生原因進行分析。
　　最后，在此研究基礎上，利用飛秒激光在空氣中進行了直線刻劃試驗研究

3、。溝槽深度與脈沖能量成線性對數(shù)關系，隨脈沖能量增大產生了兩個不同燒蝕區(qū)域，其具有不同的燒蝕率與加工閾值，并對不同區(qū)域的形貌特征與材料性能進行了分析；溝槽深度與掃描速度成反比、與掃描次數(shù)成正比關系；掃描速度降低與掃描次數(shù)增加造成了深度極限；分析了溝槽特征形貌的成因及加工參數(shù)對形貌影響規(guī)律。并進行了多線刻劃微結構試驗研究。
　　論文得到的飛秒激光與材料作用機理及燒蝕刻劃的加工參數(shù)對加工結果影響規(guī)律，對應用飛秒激光微細加工具有重要意義。