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凯芙拉环氧复合材料烧蚀阈值实验研究

激光技术 2003年第5期27卷 457-459页

作者：王贵兵刘仓理中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900

激光辐照某种材料当其表面未发生任何物理化学变化时 ,其表面反射率不会发生任何变化 ;当材料表面发生了烧蚀 ,产生了物质的变化时 ,反射率会集聚下降。通过积分球光电管系统监测表面反射率。

关键词：表面反射率积分球烧蚀阈值拐点Kevlar/epoxy

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潮湿环境对黄铜烧蚀阈值的影响

激光技术 2003年第6期27卷 497-499页

作者：秦华郑荣儿杨爱玲中国海洋大学物理系光学光电子实验室青岛266071

采用光偏转法测量了 3种粗糙度的黄铜样品在潮湿环境与干燥环境下的激光烧蚀阈值。结果表明 ,两种烧蚀环境下 ,表面粗糙度越大 ,烧蚀阈值越低 ;同一粗糙度时 ,潮湿环境比干燥环境烧蚀阈值低。说明粗糙表面及潮湿表面对光的吸收率大。

关键词：烧蚀阈值黄铜光偏转法潮湿环境粗糙度渡越时间

Kevlar纤维增强树脂基复合材料纳秒激光加工理论建模及试验

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复合材料学报 2022年第8期39卷 4139-4151页

作者：苏飞李文毅董国军郑雷陈冰湖南科技大学智能制造研究院湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室湘潭411201 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 盐城工学院机械工程学院盐城224051

纳秒激光加工在纤维增强树脂基复合材料的加工中应用广泛,但在对温度较敏感的Kevlar纤维增强树脂基复合材料(KFRP)的激光加工中,极易产生不可控的热损伤。针对KFRP的纳秒激光切割,分析激光加工过程中的温度演变过程,根据激光加工烧蚀阈... 详细信息

纳秒激光加工在纤维增强树脂基复合材料的加工中应用广泛,但在对温度较敏感的Kevlar纤维增强树脂基复合材料(KFRP)的激光加工中,极易产生不可控的热损伤。针对KFRP的纳秒激光切割,分析激光加工过程中的温度演变过程,根据激光加工烧蚀阈值理论,分析KFRP的烧蚀阈值及烧蚀机制,并基于热传导中的能量守恒定律、质量守恒及动量守恒,分别建立Kevlar纤维和树脂基体热影响区的损伤预测模型。结果表明,KFRP激光加工热影响区存在显著差异,可以通过切削温度变化规律明显区分激光加工不同损伤区域;Kevlar纤维的烧蚀阈值为0.01 J·cm^(−2),环氧树脂基体的烧蚀阈值为0.005 J·cm^(−2);切缝宽度、切缝深度、炭化区宽度的理论预测模型与实验结果基本吻合,激光加工工艺参数对热影响区影响显著,其中,激光功率对切缝宽度的影响最大,扫描速度对切缝深度、炭化区宽度的影响最显著,但脉冲宽度和重复频率对热影响区影响较小。

关键词： Kevlar纤维增强树脂复合材料(KFRP) 纳秒激光切削烧蚀阈值热影响区切削温度

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用光偏转技术研究铜的激光烧蚀阈值

中国激光 2001年第12期28卷 1089-1092页

作者：于鸿楠张德勇许龙江戚诒让青岛海洋大学电子工程系青岛266003

用基于光偏转原理的三种方法(它们分别利用光声信号的能量、渡越时间及光偏转信号正峰峰值与入射激光能量密度的关系)测量了Cu的烧蚀阈值,并对这三种方法进行了比较。

关键词：光偏转原理烧蚀阈值铜激光

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硅片纳秒激光附加电流打孔实验研究

现代制造工程 2023年第9期 111-116,136页

作者：李锦超张伟郑宏宇高军蒋超山东理工大学机械工程学院淄博255000

针对硅片具有反射率高、吸收率低等缺点,为了提高纳秒激光(波长为355 nm)在硅片上打孔蚀除材料效率,设计附加电流场装置,建立单脉冲烧蚀阈值模型,经过实验计算得到硅片烧蚀阈值为1.885 J/cm^(2)。采用电流场辅助激光环切式进行硅片打孔... 详细信息

针对硅片具有反射率高、吸收率低等缺点,为了提高纳秒激光(波长为355 nm)在硅片上打孔蚀除材料效率,设计附加电流场装置,建立单脉冲烧蚀阈值模型,经过实验计算得到硅片烧蚀阈值为1.885 J/cm^(2)。采用电流场辅助激光环切式进行硅片打孔,分别在激光加工次数和附加电流不同时做实验研究,当激光加工次数较少而附加电流较大时,激光加工的微孔入口孔和出口孔直径均显著增加,锥度减小,蚀除材料效率增大;当激光加工次数较多时,施加电流后由于多脉冲的累积效应,微孔直径变化不明显,这是由于附加电流场导致硅片内自由电子增多,更多的自由电子与激光光子发生碰撞,增加硅片对激光能量的吸收。实验表明,附加电流增加了硅片对波长为355 nm纳秒激光光子的吸收率,提高了硅片蚀除材料效率,也为高效率的纳秒激光加工硅片提供一种新方法。

关键词：硅片激光加工附加电流烧蚀阈值微孔形貌多脉冲累积效应

高模量碳纤维增强树脂基复合材料的皮秒激光加工阈值特性

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复合材料学报 2021年第11期38卷 3601-3609页

作者：路明雨张明张开虎张加波卫宇璇高永亮北京卫星制造厂有限公司北京100094

对聚丙烯腈基高模量碳纤维/改性氰酸酯树脂复合材料(M55/BS-4)和一种沥青基高导热碳纤维/树脂基复合材料(K600/5418)的皮秒激光加工阈值和形貌特性进行了研究。通过面积外延法测定并比较了这两种碳纤维复合材料的近红外皮秒激光加工阈... 详细信息

对聚丙烯腈基高模量碳纤维/改性氰酸酯树脂复合材料(M55/BS-4)和一种沥青基高导热碳纤维/树脂基复合材料(K600/5418)的皮秒激光加工阈值和形貌特性进行了研究。通过面积外延法测定并比较了这两种碳纤维复合材料的近红外皮秒激光加工阈值及其阈值孵化效应,并预测了两种复合材料的单脉冲阈值;分析了入射能量通量(0.7~25 J/cm^(2))及光束扫描速度(0.2~5 m/s)对切口质量的影响规律。结果表明,碳纤维热导率的巨大差异导致不同碳纤维复合材料的加工阈值及形貌存在明显定量差距。使用可获得的最高扫描速度(5 m/s)和3.2倍(~8 J/cm^(2))单脉冲阈值的加工参数,可使材料的碳纤维和树脂几乎协同去除,加工形貌上表现为切缝入口宽度均匀、切割边缘整齐。使用更高扫描速度并配以合适的加工能量有望进一步提高加工质量。

关键词：高模量碳纤维树脂基体皮秒激光烧蚀阈值孵化效应

飞秒激光刻蚀对纳米金刚石薄膜表面微观特性的影响

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中国表面工程 2019年第3期32卷 1-10页

作者：马玉平魏超张遥李翔陈雪辉安徽建筑大学机械与电气工程学院

利用飞秒激光对纳米金刚石涂层进行刻蚀试验,通过改变激光的重复频率,输出功率以及焦点扫描速度,研究不同的激光加工参数对金刚石涂层烧蚀结果的影响。利用白光干涉仪器、SEM、拉曼光谱仪研究了飞秒激光刻蚀后涂层表面微观粗糙度、微观... 详细信息

利用飞秒激光对纳米金刚石涂层进行刻蚀试验,通过改变激光的重复频率,输出功率以及焦点扫描速度,研究不同的激光加工参数对金刚石涂层烧蚀结果的影响。利用白光干涉仪器、SEM、拉曼光谱仪研究了飞秒激光刻蚀后涂层表面微观粗糙度、微观形貌以及碳相结构变化。采用面积推算法计算出扫描速度1 mm/s,有效脉冲数为90时的烧蚀阈值。结果表明:金刚石涂层表面飞秒激光诱导的条纹状结构周期(LIPSS)接近飞秒激光波长,改变飞秒激光重复频率对涂层表面形貌修饰影响不大;由于烧蚀饱和作用,飞秒激光功率增加至80 mW过程中涂层表面微观粗糙度持续减小随后维持在325 nm左右;激光扫描速度的增大可使LIPSS特征消失,当扫描速度增加至1.4 mm/s后,涂层表面微观粗糙度不再继续降低而是随着速度的增大而增大。激光诱导的金刚石涂层表面石墨化程度越高,涂层表面微观粗糙度则越低;当有效脉冲数为90时纳米金刚石薄膜的飞秒激光烧蚀阈值为0.138 J/cm2。

关键词：飞秒激光纳米金刚石涂层粗糙度石墨化烧蚀阈值

基于飞秒激光的钛合金表面微纳结构制备及其超疏水行为研究

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基于飞秒激光的钛合金表面微纳结构制备及其超疏水行为研究

作者：魏禄山太原理工大学

学位级别：硕士

传统机械加工和化学刻蚀技术存在设备复杂、加工效率低、结构尺寸一致性差等不足,飞秒激光微纳加工技术作为一种新型材料加工技术,因其高加工精度、高可重复性、低热损伤性,成为各种材料表面微纳结构构造领域最具潜力的精密加工技术。... 详细信息

传统机械加工和化学刻蚀技术存在设备复杂、加工效率低、结构尺寸一致性差等不足,飞秒激光微纳加工技术作为一种新型材料加工技术,因其高加工精度、高可重复性、低热损伤性,成为各种材料表面微纳结构构造领域最具潜力的精密加工技术。本文以飞行器机翼钛合金表面超疏水需求为背景,研究了飞秒激光加工过程中激光与材料之间的作用机理,通过改变飞秒激光主要参数,诱导出了形貌和尺寸各异的微纳结构,并对其形成机理进行了研究分析。为进一步提高疏水表面的制备效率,在保证表面稳定超疏水态的基础上,通过激光诱导和激光直写复合的方式制备出了表面分级复合结构,研究了典型特征形貌和分级复合结构表面超疏水性能的形成机理以及疏水稳定性。本文的主要研究内容为:(1)飞秒激光与材料相互作用基础理论研究。基于目标材料对飞秒激光的吸收机制,通过外推拟合法将激光烧蚀材料区域宽度与激光能量大小进行材料阈值拟合计算,得出飞秒激光对钛合金的烧蚀包括非热熔性损伤和热熔性损伤两种,其阈值分别为0.16J/cm和0.64 J/cm,非热熔性损伤阈值仅为热熔性损伤阈值的1/4;非金属材料损伤阈值明显低于金属材料,树脂材料损伤阈值为0.052 J/cm。(2)飞秒激光诱导的微纳结构形貌和尺寸大小受激光参数和外界环境介质的影响。在空气和氮气气氛下,通过调控脉冲能量密度和扫描速度(脉冲个数)等飞秒激光关键参数,在钛合金表面制备出形貌和尺寸各异的表面微纳结构。对比研究发现,表面微纳结构形貌受注入表面的激光能量和加工环境介质影响,空气气氛下表面微驼峰结构的形成机理归因于激光能量在表面累积和激光周期性能量场的共同作用;氮气气氛下表面纺锤状微结构的形成机理归因于外加气氛介质对周期性激光能量场衰减调制、材料表面冷却调制效应。(3)表面润浸特性受表面微纳结构形貌和表面元素分布含量及存在状态的影响。激光加工后的微纳结构表面呈现超亲水态,在经过低表面能氟硅烷溶液修饰后,表面转变为超疏水态。在典型特征形貌表面上,周期性波纹结构表面、微驼峰结构、纺锤状结构表面疏水接触角分别为138.3°、144.6°、142.3°,均未达到超疏水临界值(150°)。依据Cassie方程,设计并制备出了不同方柱尺寸的分级复合结构,在能量密度差异的激光两步处理下,周期性方柱尺寸为110μm时表面疏水角达到最大值155.5°,表面水滴滑动角下降至17.6°。(4)超疏水表面疏水耐久性能研究。在激光两步加工后,空气气氛下加工的分级复合的表面结构呈现出良好的耐蚀性能;而氮气气氛中加工的分级复合结构表现出良好的耐磨性能,即该表面结构可获得持久稳定的疏水性能。

关键词：飞秒激光加工烧蚀阈值微纳结构表面疏水性能疏水耐久性

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超声振动与飞秒激光复合微孔加工机理研究

超声振动与飞秒激光复合微孔加工机理研究

作者：武晓龙安徽建筑大学

学位级别：硕士

钛合金材料因其优异的性能,在航空和医疗等领域应用较广。但传统钻削等方式难以满足钛合金等高强度材料的微孔加工需要。而超精密微孔加工方式中激光打孔效率高,质量好,目前在打孔方面广泛应用。其中飞秒激光具有超短的脉冲宽度、极低... 详细信息

钛合金材料因其优异的性能,在航空和医疗等领域应用较广。但传统钻削等方式难以满足钛合金等高强度材料的微孔加工需要。而超精密微孔加工方式中激光打孔效率高,质量好,目前在打孔方面广泛应用。其中飞秒激光具有超短的脉冲宽度、极低的热损伤和较高的单脉冲能量密度等优点,在制备材料表面微纳米结构、打孔等方面具有独特的优势。此外,为提高微孔加工的质量,集中不同加工方式优点的复合加工也是精密加工领域研究的方向,其中超声振动辅助切削,超声振动辅助激光加工的研究也在不断的进行。因此,为探究超声振动与飞秒激光复合加工微孔的影响规律,选用Ti-6Al-4V合金材料为研究对象,对超声振动与飞秒激光复合加工微孔进行了系统的研究。主要研究内容如下:(1)在国内外文献的基础上综述了微孔加工的传统方式、特种加工方式和复合加工方式的研究进展,对比了常见的微孔复合加工方式的特点。对超声振动与激光复合微孔加工的最新实验和仿真研究进行了总结。(2)分析了飞秒激光与物质的相互作用机理,从双温方程出发探究飞秒激光加工钛合金微孔的能量传递过程,通过仿真软件模拟飞秒激光烧蚀钛合金材料时,材料内部电子和晶格系统的温度变化过程。研究了不同能量密度、脉冲宽度和材料反射率对电子和晶格系统温度的影响,通过仿真分析发现,随着能量密度的增加或者脉冲宽度的减小,耦合平衡温度逐渐升高,达到耦合平衡温度需要的时间也逐渐减少,电子和晶格系统的峰值温度增大。当单脉冲能量密度为0.1828J/cm时,温度达到0.9Tcr时,材料以相爆炸形式去除;随着材料反射率的增大,电子的峰值温度和电子-晶格耦合温度减小,但耦合平衡所需时间几乎相同;多脉冲作用表现出明显的脉冲累积效应,且脉冲间隔时间越短温度上升越明显,也更快达到材料的烧蚀阈值。(3)详细分析了超声振动与激光复合微孔加工的原理和复合方式下微孔的形成机制,根据飞秒激光加工平台的工作要求,设计了超声振动装置。对比了飞秒激光不同打孔方式的特点,以钛合金为研究对象,通过搭建的复合加工实验平台,进行了超声振动辅助飞秒激光多脉冲打孔的研究,得到了不同能量密度和脉冲个数对微孔直径、圆度、锥度的影响规律。结果表明,有无超声振动辅助时,微孔直径均随着脉冲能量密度的增加逐渐增大,但增长趋势有所减小,且在有超声振动辅助时微孔直径更大。孔圆度偏差则随着能量密度的增加逐渐减小,且超声振动能很好的改善微孔入口处的圆度偏差;随着脉冲个数的增加,微孔加工深度呈线性增加,超声振动辅助钻孔可提升加工深度、减小加工锥度和改善孔内形貌。(4)通过超声振动与飞秒激光复合加工方式,研究了钛合金材料飞秒激光环切加工微孔的烧蚀阈值,分析了不同有效脉冲数下的烧蚀阈值情况。实验研究表明,随着扫描速度的减小,有效脉冲个数增加,钛合金材料的烧蚀阈值逐渐降低。采用控制变量的实验方法研究了激光功率、超声功率、扫描速度和次数对微孔直径、圆度偏差和锥度等质量特征的影响规律,研究表明,超声振动能有效提高微孔的深度,改善微孔的圆度偏差和锥度,但较大的超声功率下微孔的圆度偏差会有所增大。最后进行多因子正交实验,分析了激光功率、扫描速度、扫描次数和超声功率对钛合金材料微通孔出入口直径、出口圆度偏差和锥度的影响,结果表明,扫描速度和激光功率对观察的响应值影响最为显著,超声功率的影响程度要大于扫描次数。图[58]表[11]参考文献[96]

关键词：微孔超声振动飞秒激光双温模型烧蚀阈值