碳化硅颗粒增强铝基复合材料脉冲激光刻蚀规律研究
发布时间：2021-07-12 11:47
铝基碳化硅陶瓷颗粒增强复合材料（SiCp/Al）作为一种最有应用前景的航空关键材料,产业化进程受到后续加工技术制约,主要表现为加工工具严重磨损、加工效率低、加工表面粗糙和加工形状受限。脉冲激光作为一种先进的特种加工手段,加工柔性及对材料的适应性较强,相对于连续激光,由于缩短了激光与材料作用时间,减小了热影响,可提高加工精度,在微纳加工领域具有良好的应用前景,对金属、陶瓷、半导体等材料的加工也日趋成熟。而目前脉冲激光对复合材料的加工主要集中在纤维增强树脂基（CFRPs）材料的切割、打孔方面的研究和应用,对陶瓷颗粒增强金属基复合材料的脉冲激光加工仍鲜见报道。由于传统加工手段对SiCp/Al复合材料加工存在诸多问题,综合脉冲激光加工的特点及优势,本论文提出使用脉冲激光刻蚀SiCp/Al复合材料并研究其规律。主要内容包含:首先通过纳秒激光单脉冲方式作用SiCp/Al复合材料获得一般行为规律;通过复合材料与单一块材的对比实验获得纳秒激光作用过程中基体与颗粒间相互影响实验规律,通过热学模拟解释基体与颗粒间相互影...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SiCp/Al复合材料应用举例.(a)F-16战斗机腹鳍,(b)惯性环形激光陀螺制导系统,(c)
北京工业大学工学博士学位论文料(Metal Matrix Composite，简称 MMC)，图 1-2 为其电子显微镜放大形貌 颗粒作为增强体具有很高的强度和硬度，本身即是磨料，在使用传统加对 SiCp/Al 复合材料进行磨削、切割、打孔等加工过程中存在很大问题，约了该复合材料的产业化进程，是目前科学研究的热点和加工难点。因此并研究 SiCp/Al 复合材料新的加工方法及其加工机制及规律具有重要的科实意义。
/Al 复合材料，并对刻蚀规律及机制进行研究。图1-3 刀具加工SiCp/Al 复合材料出现的(a)颗粒在刀具中嵌入, (b)刀具涂层破损,以及(c)加工不同时间的后刀面磨损情况[7,8]Fig.1-3 (a) Particles embedding, (b) coating wear and (c) flank wear during SiCp/Al compositeprocessing with PCD and CVD tools1.3 脉冲激光材料加工研究进展脉冲激光是利用脉宽压缩技术产生高能量密度，在短时间内将材料气化的一种先进加工手段。脉冲激光刻蚀是激光微加工中打孔、雕刻、材料改性、新物质生成等多种技术的基础。利用脉冲激光对材料进行刻蚀，不仅可缩短激光与材料作用时间，减小热影响，还可借助高光强实现非线性吸收，提高加工精度，并对任意材料进行加工[13]。基于材料对激光能量吸收各物理过程的特征时间(如：电子对光能的吸收(~10fs)、电子间热平衡的建立(~100fs)、电子与晶格传热及平衡(1~10ps)、材料热传导过程的开始(~100ps)等[14])，可根据脉宽将脉冲激光进行划分，并利用其不同的材料蚀除机制，实现特殊的加工应用。1.3.1 脉冲激光分类物质对光能的吸收首先是通过电子进行的。以金属材料为例，激光辐照下，电子通过逆韧致辐射(在高光强下半导体和绝缘体材料可通过单光子或多光子吸收产生自由电子[15])吸收激光能量并达到热平衡，之后通过发射声子将能量传递给晶格
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光纳米制造技术的应用(邀请论文)[J]. 钟敏霖,范培迅. 中国激光. 2011(06)
[2]飞秒激光与宽禁带物质相互作用过程中光子-电子-声子之间的微能量传导Ⅱ:相变过程（英文）[J]. 李丽珊,姜澜,Hai-LungTsai,王素梅. 中国激光. 2009(05)
[3]短脉冲激光及应用[J]. 方鸣岗. 激光与红外. 2006(12)
[4]飞秒强激光场下分子的场致电离和库仑爆炸[J]. 龚旗煌,任海振,陈建新,马日,李霞,吴成印,杨宏. 北京大学学报(自然科学版). 2003(S1)
本文编号：3279857
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SiCp/Al复合材料应用举例.(a)F-16战斗机腹鳍,(b)惯性环形激光陀螺制导系统,(c)
北京工业大学工学博士学位论文料(Metal Matrix Composite，简称 MMC)，图 1-2 为其电子显微镜放大形貌 颗粒作为增强体具有很高的强度和硬度，本身即是磨料，在使用传统加对 SiCp/Al 复合材料进行磨削、切割、打孔等加工过程中存在很大问题，约了该复合材料的产业化进程，是目前科学研究的热点和加工难点。因此并研究 SiCp/Al 复合材料新的加工方法及其加工机制及规律具有重要的科实意义。
/Al 复合材料，并对刻蚀规律及机制进行研究。图1-3 刀具加工SiCp/Al 复合材料出现的(a)颗粒在刀具中嵌入, (b)刀具涂层破损,以及(c)加工不同时间的后刀面磨损情况[7,8]Fig.1-3 (a) Particles embedding, (b) coating wear and (c) flank wear during SiCp/Al compositeprocessing with PCD and CVD tools1.3 脉冲激光材料加工研究进展脉冲激光是利用脉宽压缩技术产生高能量密度，在短时间内将材料气化的一种先进加工手段。脉冲激光刻蚀是激光微加工中打孔、雕刻、材料改性、新物质生成等多种技术的基础。利用脉冲激光对材料进行刻蚀，不仅可缩短激光与材料作用时间，减小热影响，还可借助高光强实现非线性吸收，提高加工精度，并对任意材料进行加工[13]。基于材料对激光能量吸收各物理过程的特征时间(如：电子对光能的吸收(~10fs)、电子间热平衡的建立(~100fs)、电子与晶格传热及平衡(1~10ps)、材料热传导过程的开始(~100ps)等[14])，可根据脉宽将脉冲激光进行划分，并利用其不同的材料蚀除机制，实现特殊的加工应用。1.3.1 脉冲激光分类物质对光能的吸收首先是通过电子进行的。以金属材料为例，激光辐照下，电子通过逆韧致辐射(在高光强下半导体和绝缘体材料可通过单光子或多光子吸收产生自由电子[15])吸收激光能量并达到热平衡，之后通过发射声子将能量传递给晶格
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光纳米制造技术的应用(邀请论文)[J]. 钟敏霖,范培迅. 中国激光. 2011(06)
[2]飞秒激光与宽禁带物质相互作用过程中光子-电子-声子之间的微能量传导Ⅱ:相变过程（英文）[J]. 李丽珊,姜澜,Hai-LungTsai,王素梅. 中国激光. 2009(05)
[3]短脉冲激光及应用[J]. 方鸣岗. 激光与红外. 2006(12)
[4]飞秒强激光场下分子的场致电离和库仑爆炸[J]. 龚旗煌,任海振,陈建新,马日,李霞,吴成印,杨宏. 北京大学学报(自然科学版). 2003(S1)
本文编号：3279857
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