基于飛秒激光的氧化硅纖維陶瓷加工研究.pdf

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，但國內(nèi)外對這種材料的加工工藝與加工機(jī)理均尚無進(jìn)行系統(tǒng)的研究工作，所以對其進(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)。針對以上問題，本文展開了針對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，并輔以對藍(lán)寶石材料的閾值測量，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程中等離子譜線發(fā)射元素進(jìn)行對比，分析了飛秒激光加工氧化硅纖維陶瓷超硬材料的機(jī)理