本文關(guān)鍵詞：飛秒激光微加工的系統(tǒng)建立及工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳化硅(SiC)陶瓷等超硬材料因其獨(dú)特的性能在制造微結(jié)構(gòu)元件的模具領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；磨削作為目前最為可行的超硬材料精密加工手段，面臨著砂輪磨損迅速以及非連續(xù)表面的內(nèi)尖角難加工的問題。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中有愈加廣泛的應(yīng)用，在目前針對該材料的切削所使用的方法中存在著出現(xiàn)毛刺、分層、熱影響等問題。本文針對以上問題，提出了SiC陶瓷微結(jié)構(gòu)的飛秒激光加工工藝方案，作為磨削前的半精加工以減少砂輪磨損；以及展開對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的飛秒激光切割工藝研究，探索這種新手段的切割性能。 本文設(shè)計并搭建了由光源單元、光路傳輸單元、三維平移臺、輔助單元組成的飛秒激光微加工系統(tǒng)；設(shè)計了焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)的方案；基于VC++環(huán)境開發(fā)了系統(tǒng)的控制軟件，實(shí)現(xiàn)對三維平移臺與激光快門的控制。整個系統(tǒng)硬件與軟件的實(shí)現(xiàn)保證了系統(tǒng)可以進(jìn)行高精度、高重復(fù)性的加工。 本文分析了飛秒激光的掃描速度(v)、脈沖能量(P)對SiC材料去除的影響，在此基礎(chǔ)上對加工三維微結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選；利用優(yōu)選參數(shù)分別采用透鏡聚焦和顯微物鏡聚焦兩種方式對三維微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工；利用掃描電鏡、輪廓儀等分析加工微結(jié)構(gòu)的表面形貌和面形精度。結(jié)果表明，，兩種聚焦方式對SiC進(jìn)行微結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)均在為v=1mm/s、P=10μJ附近，顯微物鏡聚焦方式獲得的面形精度更高，但加工效率低；因此透鏡聚焦方式適用于加工尺寸稍大、對面形精度要求不高的微結(jié)構(gòu)，顯微物鏡聚焦方式適用于加工尺寸較小、對面形精度要求稍高的微結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了飛秒激光微加工可作為超硬材料微結(jié)構(gòu)的磨削加工前半精加工的可行性。 分別利用逐行掃描、逐層掃描的方式對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行切割，分析激光功率、掃描速度、加工方式對切割深度、切縫傾角、切口特性及切割面表面形貌的影響。實(shí)驗(yàn)證明逐層掃描后方式更適合該材料的切割；獲得切縫約為0.6mm，切深受功率變化最顯著，最高切深和切縫垂直度在320mW、1mm/s的參數(shù)下獲得，切深為2.5mm左右，切縫傾角7.5°左右，切深還可以通過增加每層的掃描行數(shù)繼續(xù)增加；切口無毛刺或崩碎產(chǎn)生，切割面表面形貌均一平整，但切縫底部的切面上存在氧化和碳纖維裸露現(xiàn)象，表面粗糙度為1μm~1.5μm左右。
【關(guān)鍵詞】：飛秒激光 碳化硅 微結(jié)構(gòu)加工 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 切割
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG665;TB332
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-15
• 1.2.0 飛秒激光微加工系統(tǒng)的研究9-11
• 1.2.1 飛秒激光微結(jié)構(gòu)加工研究11-14
• 1.2.2 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的切割技術(shù)研究14-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 飛秒激光微加工系統(tǒng)16-28
• 2.1 飛秒激光微加工理論16-18
• 2.1.1 飛秒激光的加工機(jī)理16-17
• 2.1.2 飛秒激光微加工的影響因素17-18
• 2.2 飛秒激光微加工系統(tǒng)的建立18-26
• 2.2.1 光源單元19
• 2.2.2 光路傳輸單元19-24
• 2.2.3 三維平移臺24-25
• 2.2.4 輔助裝置25-26
• 2.3 微加工系統(tǒng)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)方案26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 飛秒激光微加工系統(tǒng)的軟件設(shè)計28-34
• 3.1 軟件總體功能的實(shí)現(xiàn)28-30
• 3.2 激光快門串口通信的實(shí)現(xiàn)30-31
• 3.3 三維平移臺和激光快門的同步實(shí)現(xiàn)31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第4章 碳化硅的飛秒激光微加工工藝研究34-48
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計34-36
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料34
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法34-35
• 4.1.3 檢測手段35-36
• 4.2 飛秒激光對 SiC 的燒蝕實(shí)驗(yàn)研究36-40
• 4.2.1 激光能量對碳化硅的燒蝕影響36-38
• 4.2.2 掃描速度對碳化硅的燒蝕影響38-40
• 4.2.3 輔助氣體對碳化硅的燒蝕影響40
• 4.3 SiC 的典型三維微結(jié)構(gòu)加工工藝研究40-46
• 4.3.1 微結(jié)構(gòu)加工實(shí)驗(yàn)方案40-42
• 4.3.2 微結(jié)構(gòu)的形貌分析42-46
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論46
• 4.4 本章小結(jié)46-48
• 第5章 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的切割工藝研究48-58
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計48-49
• 5.2 飛秒激光對復(fù)合材料的燒蝕實(shí)驗(yàn)研究49-52
• 5.3 復(fù)合材料的飛秒激光切割實(shí)驗(yàn)研究52-57
• 5.3.1 逐行掃描方式對復(fù)合材料切割性能的影響52-54
• 5.3.2 逐層掃描方式對復(fù)合材料切割性能的影響54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63-65
• 致謝65

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;激光微加工應(yīng)用潛力的調(diào)查[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;1999年01期

2 蔣毅堅,荊濤,陳濤;采用顯微拉曼光譜技術(shù)檢測激光微加工質(zhì)量[J];光散射學(xué)報;2003年01期

3 楊雷,姚建銓,裴紅星,劉曉e

本文編號：253230