金剛石因其具有良好的力、電、熱、光等性能而廣泛應(yīng)用于精密光學(xué)儀器、機(jī)械加工及電子元件等領(lǐng)域中。由于金剛石具有極高的硬度和熱穩(wěn)定性,導(dǎo)致金剛石材料在加工過(guò)程中存在加工效率低、工具損耗大等一系列加工難題,極大限制了金剛石材料的進(jìn)一步應(yīng)用。而傳統(tǒng)硬碰硬的機(jī)械加工方法加工質(zhì)量差、加工周期長(zhǎng),長(zhǎng)脈沖激光又由于脈沖寬度長(zhǎng)、功率密度低,不可避免存在能量累積,導(dǎo)致長(zhǎng)脈沖激光加工過(guò)程中出現(xiàn)明顯的熱損傷。飛秒激光因脈寬極短、單脈沖能量極高的特性,能夠有效克服長(zhǎng)脈沖激光加工的熱影響,對(duì)于高熔點(diǎn)和超硬材料的精密加工具有顯著優(yōu)勢(shì),在單晶金剛石加工方面,少有學(xué)者進(jìn)行研究。鑒于上述情形,本文搭建了一套以超短脈沖飛秒激光器作為光源的單晶金剛石燒蝕加工試驗(yàn)平臺(tái),并針對(duì)單晶金剛石開(kāi)展了一系列燒蝕試驗(yàn)研究,在單晶金剛石上進(jìn)行了成型燒蝕加工,并開(kāi)展了正負(fù)前角單顆粒的滑擦對(duì)比試驗(yàn)。具體工作如下:(1)介紹了金剛石材料加工的難點(diǎn)以及飛秒激光加工技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用,闡述了激光加工金剛石材料和飛秒激光加工的研究現(xiàn)狀。搭建了一套由飛秒激光器、2D掃描振鏡、位移運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、視頻顯微鏡、計(jì)算機(jī)等部分組成,適用于單晶金剛石燒蝕加工的試驗(yàn)平臺(tái)。(2)設(shè)計(jì)單脈沖和多脈沖累積燒蝕閾值試驗(yàn),開(kāi)展了飛秒激光器燒蝕加工單晶金剛石的燒蝕閾值的試驗(yàn)研究。采用直線(xiàn)擬合的方法計(jì)算出單晶金剛石材料的單脈沖燒蝕閾值和多脈沖累積燒蝕閾值,研究了多脈沖作用下單晶金剛石燒蝕閾值的變化規(guī)律。(3)基于單一變量的試驗(yàn)原則,分別研究激光平均功率、光斑重疊率和掃描次數(shù)對(duì)單晶金剛石燒蝕結(jié)構(gòu)的表面質(zhì)量、燒蝕深度及寬度的影響規(guī)律,獲得了最優(yōu)飛秒激光燒蝕工藝參數(shù)組合(激光平均功率為11.1W、光斑重疊率為61.9%、循環(huán)掃描次數(shù)為100),在單晶金剛石上制造出具有良好表面質(zhì)量的凹形結(jié)構(gòu)。(4)通過(guò)激光分層成型燒蝕加工,在金剛石磨粒上加工出正前角結(jié)構(gòu),并制造出具有正前角磨粒的金剛石砂輪。開(kāi)展了單顆粒正負(fù)前角YG8硬質(zhì)合金的滑擦對(duì)比試驗(yàn),對(duì)比了單顆粒正負(fù)前角滑擦試驗(yàn)結(jié)果,分析了劃痕的表面形貌差異,間接地驗(yàn)證采用正前角金剛石磨粒磨削時(shí)能夠顯著降低法向磨削力,改善硬脆材料的表面質(zhì)量。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TQ163
【部分圖文】：

工難點(diǎn)分為天然與人工合成兩大類(lèi)，天然中含量卻極為稀少，而且十分昂貴金剛石又可以分為單晶和聚晶金剛石質(zhì)量更好，不存在不規(guī)則晶界，所主要還是普遍采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工削加工，使金剛石砂輪與被加工金工作用，從而去除多余的金剛石材.1 所示。但是由于金剛石具有極高的械加工過(guò)程中不可避免有機(jī)械力的工周期長(zhǎng)等一系列加工難題，特別制要求很高[9]，而且很難在金剛石

碩士學(xué)位論文工屬于非接觸式加工，與被加工金剛石表面無(wú)摩擦阻力，工的缺陷，實(shí)現(xiàn)金剛石材料去除，從而達(dá)到加工的目的。料普遍還是采用長(zhǎng)脈寬激光，相對(duì)于飛秒激光，長(zhǎng)脈沖激加工材料作用方式為焦耳加熱，并且長(zhǎng)脈沖激光脈沖寬度時(shí)間長(zhǎng)，燒蝕區(qū)域不可避免存在能量累積，導(dǎo)致激光加工應(yīng)，使加工后金剛石表面出現(xiàn)裂紋、崩邊和變質(zhì)重凝層等。

碩士學(xué)位論文京大學(xué)學(xué)者 Shoko Odake 等人[17]，采用0kHz，最大輸出功率為 1W 的脈沖飛秒進(jìn)行了激光切割試驗(yàn)，圖 1.4 為切割后為：多晶金剛石由于熱導(dǎo)率相對(duì)較低，后，兩種金剛石的切槽內(nèi)都存在 1μm 厚界面呈直線(xiàn)，且粗糙度小于 100nm，而小的凹槽和鋒利的拐角；單晶金剛石切石切槽邊完好。

【參考文獻(xiàn)】

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1 董志偉;張偉斌;鄭立威;姜濤;范國(guó)祥;趙煦;趙清亮;陳德應(yīng);夏元?dú)J;;利用飛秒激光和納秒激光脈沖加工金剛石（英文）[J];紅外與激光工程;2015年03期

2 周祥;汪建華;熊禮威;李偉;;單晶金剛石制備研究進(jìn)展[J];硬質(zhì)合金;2012年03期

3 何緒林;;金剛石資源狀況與發(fā)展綜述[J];超硬材料工程;2010年06期

4 趙清亮;姜濤;董志偉;樊榮偉;于欣;羅健;;飛秒激光加工SiC的燒蝕閾值及材料去除機(jī)理[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年21期

5 關(guān)硯聰;李飛;姚德明;;釬焊金剛石磨具加工石材時(shí)切削參數(shù)的試驗(yàn)研究[J];工具技術(shù);2009年09期

6 陳根余;陳國(guó)桂;黃孔;梅麗芳;余春榮;;激光修整青銅金剛石砂輪精度研究[J];中國(guó)激光;2009年05期

7 張坤領(lǐng);;硬脆材料加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2008年05期

8 張端明,李智華,郁伯銘,黃明濤,關(guān)麗,鐘志成,李國(guó)棟;脈沖激光制備薄膜材料的機(jī)理[J];中國(guó)科學(xué)(A輯);2001年08期

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1 夏博;飛秒激光高質(zhì)量高深徑比微孔加工機(jī)理及其在線(xiàn)觀測(cè)[D];北京理工大學(xué);2016年

2 詹友基;陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪高速磨削硬質(zhì)合金的機(jī)理研究[D];華僑大學(xué);2013年

3 陳根余;聲光調(diào)Q Nd：YAG脈沖激光修整青銅金剛石砂輪機(jī)理及技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2006年

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1 劉智康;單顆CBN磨粒磨削合金滲碳鋼20CrMo的機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2016年

2 張著軍;天然金剛石刀具的激光切割技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 張思;金剛石工具磨床關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與研究[D];大連理工大學(xué);2014年

4 黃楷;納秒激光與金屬材料相互作用過(guò)程及微結(jié)構(gòu)加工研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2821477