飞秒激光加工SiC表面粗糙度控制模型研究

发布时间：2017-10-11 21:00

  本文关键词：飞秒激光加工SiC表面粗糙度控制模型研究

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【摘要】：飞秒激光加工是微纳加工领域一种重要的加工方法,其加工应用范围广泛,从软金属到淬火钢、不锈钢、高速钢、硬质合金等难加工材料,到半导体、玻璃、陶瓷等硬脆非金属材料。飞秒加工重要特征表现在被加工工件尺度小、加工精度高、热影响区近乎无等方面。以碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体具有极低的热膨胀系数,高的耐温性,极好的化学稳定性,优良的电绝缘性、透紫外光谱性以及近红外光谱性能并有着高于普通玻璃的机械性能。本文：1建立飞秒激光加工宽禁带材料表面粗糙度控制模型；在引入双温方程,在改进的统一的双温方程基础上,建立飞秒激光烧蚀加工基体材料的数值模拟模型,并对数值模型进行推导计算,以及对涉及到基体材料晶格温度的变化趋势情况进行讨论分析。2对飞秒激光加工宽禁带材料表面粗糙度进行数值仿真；根据相关文献查找碳化硅的相关物理参数,之后根据上一步建立的数值模拟方程,使用MATLAB软件进行数值计算和模拟仿真实验,得出飞秒激光烧蚀加工碳化硅材料表面加工形貌,晶格温度变化,反射率吸收率等与表面加工质量相关的重要参数。3进行实验验证控制模型的合理性。根据MATLAB数值计算模拟仿真的结果,分析讨论影响飞秒激光加工碳化硅表面粗糙度的因素有哪些,并且对其进行深入剖析,最后通过实验总结和模型计算,找到控制碳化硅表面粗糙度实际加工的重叠率。
【关键词】：飞秒激光 双温方程 SiC 粗糙度控制
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.24;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-22
• 引言8-9
• 1.1 飞秒激光及激光器的发展9-11
• 1.2 飞秒激光微纳加工的类型11-18
• 1.2.1 飞秒激光烧蚀微加工12-16
• 1.2.2 双光子聚合加工16-18
• 1.3 课题研究内容与意义18-22
• 1.3.1 课题研究内容18-20
• 1.3.2 课题研究意义20-22
• 第二章 飞秒激光烧蚀材料机理研究22-34
• 2.1 引入双温方程22-23
• 2.2 改进的双温方程23-28
• 2.2.1 验证双温方程23
• 2.2.2 双温方程的改进及其应用23-27
• 2.2.3 统一的双温方程的提出27-28
• 2.3 双温方程的建立28-32
• 2.3.1 飞秒激光脉冲烧蚀机理28
• 2.3.2 双温方程的建立与简化28-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 飞秒激光烧蚀基体材料数值模拟研究34-44
• 3.1 有限差分法的介绍34-35
• 3.2 差分形式的建立与计算35-38
• 3.2.1 差分形式的建立35-36
• 3.2.2 差分方程的计算36-38
• 3.3 计算结果分析38-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 飞秒激光加工碳化硅表面的烧蚀机理模拟44-60
• 4.1 碳化硅烧蚀模型与优化44-53
• 4.1.1 理论烧蚀模型优化研究46
• 4.1.2 飞秒激光加工碳化硅模型46-53
• 4.2 飞秒激光烧蚀模拟计算53-55
• 4.3 烧蚀模拟结果分析55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 飞秒脉冲激光烧蚀数值控制60-64
• 5.1 飞秒脉冲激光烧蚀加工系统60-61
• 5.2 扫描速度对烧蚀的影响61-63
• 5.2.1 扫描速度对加工形貌的宽度影响61-62
• 5.2.2 扫描速度对加工形貌的深度影响62-63
• 5.3 探究其他因素对烧蚀的影响63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况说明70-72
• 致谢72

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本文编号：1014697