【摘要】：CVD金剛石涂層具有硬度高、熱導(dǎo)率高、絕緣性好、耐高溫等特點,因此廣泛沉積于各類刀具表面,以增強刀具表面硬度、耐磨性、以及使用壽命。但沉積的金剛石涂層具有較高的表面粗糙度,嚴(yán)重制約了在精密領(lǐng)域上的應(yīng)用。因此,獲得低的粗糙度表面是迫切需要解決的難題。雖然傳統(tǒng)激光拋光技術(shù)在現(xiàn)實應(yīng)用中取得了一些成果,但存在成本高,效率低等缺點,不適合對金剛石涂層進(jìn)行拋光。由于飛秒激光具有脈沖寬度短、峰值功率高、加工熱影響區(qū)小等優(yōu)勢,所以本課題采用飛秒激光對CVD金剛石涂層進(jìn)行超精密拋光。其主要研究內(nèi)容如下:(1)總結(jié)了CVD金剛石涂層拋光現(xiàn)狀。結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn),概括CVD金剛石的傳統(tǒng)拋光法存在的問題與不足。對此,提出飛秒激光拋光的新方法,并闡述了飛秒激光加工超硬材料的研究進(jìn)展。(2)開展了飛秒激光與CVD金剛石涂層能量耦合及相互作用機理研究。建立了飛秒激光熱源產(chǎn)生及熱源能量分布的數(shù)學(xué)模型,并對材料與飛秒激光能量相互耦合過程中產(chǎn)生的多光子電離、雪崩電離、相爆炸、庫倫爆炸以及周期性條紋結(jié)構(gòu)的形成機制進(jìn)行了系統(tǒng)性闡述,得出CVD金剛石涂層在飛秒激光作用下燒蝕去除的本質(zhì)。(3)開展了飛秒激光拋光CVD金剛石涂層的試驗研究。分析不同的飛秒激光加工參數(shù)(激光功率、重復(fù)頻率、掃描速度)對加工結(jié)果的影響,結(jié)果顯示:飛秒激光功率和掃描速度對表面粗糙度、表面微觀形貌以及材料去除率有很大的影響;而重復(fù)頻率對加工結(jié)果影響較小。通過多組試驗分析得出:在飛秒激光功率100mW,掃描速度1.6mm/s時,拋光CVD金剛石涂層表面得到的粗糙度最低約為0.149μm;采用白光干涉儀、掃描電鏡、拉曼光譜對金剛石涂層進(jìn)行檢測表征,結(jié)果表明:飛秒激光拋光區(qū)域不僅粗糙度明顯降低,而且涂層表面更具有致密性以及無嚴(yán)重程度石墨化,基本符合CVD金剛石涂層低摩擦表面的要求;依據(jù)燒蝕切口形貌建立數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值擬合方法得出CVD金剛石涂層在不同功率下的最大去除率,從而提高了激光能量的利用率。
【圖文】：

安徽建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 電子發(fā)生雜化時，即導(dǎo)致了金剛石和石墨的形成。金剛石結(jié)構(gòu):金剛石是典型的原子晶體，其電子結(jié)構(gòu)式為2 1 1 1 1x y zC:1s 2s 2p 2p 2p，核外電子發(fā)生3sp 雜化生成四個分別與其他碳原子相結(jié)合的 鍵，如圖 1.1(a)所示在金剛石晶體中，一個碳原子在四面體中心，另外四個碳原子分別在 鍵相連的頂上，兩鍵夾角為 109028'，鍵長約為 0.1544450nm。石墨結(jié)構(gòu):在石墨晶體中，，碳原子2s軌道上一個電子轉(zhuǎn)移至2p軌道，即2sp 雜化產(chǎn)生三個 鍵分別與其他碳原子相結(jié)合，如下圖 1.1(b)所示，其電子結(jié)構(gòu)式。三個 鍵呈平面分布，且鍵鍵夾角為 1200。另外一個未雜化zp 軌道上電子與另外碳原子中的 電子相結(jié)合生成 π 鍵，且位于 鍵的上下方。此，石墨是平面多層狀的晶體。

電阻率/Ω.cm 1016＞1012擊穿電壓/（V/cm） 3.5E6電子遷移率/[cm2/(V.s)] 2200空穴遷移率/[cm2/(V.s)] 1600飽和電子漂移速度/（cm/s） 2.5E7相對介電常數(shù) 3.2 5.5產(chǎn)生電子空穴對能量/eV 131.2.1.5 金剛石涂層表征金剛石涂層主要是多晶金剛石薄膜，現(xiàn)如今金剛石薄膜主要由低壓化學(xué)氣相形成。目前，可用掃描電鏡、拉曼光譜、XRD 等儀器對金剛石薄膜來進(jìn)行表征析。借用掃描電鏡可以觀察金剛石薄膜表面微觀形貌、晶型以及形核密度，如圖（a）所示，借用拉曼光譜可對金剛石薄膜的碳相成分進(jìn)行分析檢測，如圖 1.2所示[1]。
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN249;TB306

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 邱建榮;;飛秒激光應(yīng)用前沿[J];國際學(xué)術(shù)動態(tài);2010年02期

2 ;寧夏全飛秒激光高峰論壇暨寧夏眼視光系列論壇啟動儀式圓滿落幕[J];寧夏醫(yī)學(xué)雜志;2018年05期

3 曹祥東;;飛秒激光在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2018年13期

4 薛恒道;認(rèn)識飛秒激光[J];物理教師;2003年07期

5 梁德志;王敏;杜晨林;伍曉宇;;飛秒激光背部濕刻石英玻璃微通道的研究[J];激光技術(shù);2017年02期

6 ;飛秒激光改變聚苯乙烯的潤濕性[J];光電工程;2017年04期

7 高斯;王子涵;滑建冠;李乾坤;李愛武;于顏豪;;飛秒激光加工藍(lán)寶石超衍射納米結(jié)構(gòu)[J];物理學(xué)報;2017年14期

8 魏莉莉;;微信平臺在全飛秒激光近視手術(shù)患者術(shù)后隨訪護(hù)理中的應(yīng)用研究[J];中外女性健康研究;2016年10期

9 馬明毅;;飛秒激光改性硅材料的物理機理及其性質(zhì)研究[J];科學(xué)家;2016年16期

10 周國棟;;材料微加工中飛秒激光的應(yīng)用分析[J];知音勵志;2017年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張遙;馬玉平;陳雪輝;魏超;李翔;宋偉;;飛秒激光加工超硬材料研究進(jìn)展[A];特種加工技術(shù)智能化與精密化——第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集（摘要）[C];2017年

2 蔣紅兵;鐘鳳嬌;龔旗煌;;分子取向?qū)︼w秒激光傳輸?shù)挠绊慬A];第八屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文集[C];2009年

3 魯欣;張U

本文編號：2661126