氧化锆陶瓷板的激光切割质量研究

发布时间：2017-07-17 15:30

  本文关键词：氧化锆陶瓷板的激光切割质量研究

  更多相关文章： 激光切割 氧化锆陶瓷 气熔比 熔化物颗粒 切割质量

【摘要】：氧化锆陶瓷熔点高、硬度大、耐腐蚀、抗热震性能良好、导热系数和摩擦系数低,在汽车、生物医学等领域应获得了广泛的应用。采用激光切割过程中存在重铸层、挂渣和条纹等质量缺陷,其难点在于如何对氧化锆陶瓷板进行高质量激光切割。目前关于氧化锆陶瓷的激光切割取得了一定的成果,但所获得的结论多通过对激光切割工艺参数进行优化。本文采用Nd-YAG脉冲激光切割了0.8mm、1.0mm、1.5mm和3mm厚度的氧化锆陶瓷板,阐述了气熔比、板厚、熔化物颗粒和切割质量之间的关系。氧化锆陶瓷板激光切割主要去除形态为熔化和气化,采用一种基于气熔比控制的激光精密切割方法,研究了气熔比和板厚对激光切割氧化锆陶瓷板质量的影响,即气熔比对切缝质量,切面条纹形貌及粗糙度的影响。对气熔比为0.099,0.160,().181和0.202的/1组试件进行观测,发现提高气熔比可明显改善切缝质量,增大切面条纹光滑区长度和条纹波长,切面粗糙度由6.969gm降低到2.482μ.m。同时对板厚为0.8mm, 1mm,1.5mm,3mm的,4组试件进行观测,随着板厚的增加,气熔比减小,切缝质量降低,切面粗糙度由2.287gm增加到5.9461μm。板厚为0.8mm,1.0mm时,切面为较光滑的周期性条纹：板厚为1.5mm时,切面呈现为两个区域,即光滑区和粗糙区；当板厚增加到3mm时,切面呈现三个区域即光滑区、粗糙区和鳞状层叠区。综合研究气熔比和板厚可以加深对激光切割机理的认识,为提高氧化锆陶瓷板的激光切割质量提供理论与实验依据。激光切割过程中熔化材料的去除形式对切割质量有很大的影响,为了加深对材料去除机理的理解,设计了一套加工装置对氧化锆陶瓷板激光切割的熔化物颗粒进行收集,采用Imagine-Pro Pluse (IPP)图像处理软件对熔化物颗粒的形态(数量、形状、平均直径、标准差及其分布情况)进行研究。通过气熔比控制的方法,对板厚分别为0.8mm, 1mm,1.5mm,3mm的氧化锆陶瓷板进行激光切割实验。实验结果表明：不同板厚参数下,球形熔化物颗粒所占百分比范围为99.21%至89.81%,圆饼形为().79%至7.44%,哑铃形为0%至2.75%。随着板厚的增加,圆饼形和哑铃形颗粒所占百分比增大,球形颗粒所占百分比降低,球形颗粒平均直径和标准差随之增大,切面粗糙度由2.287μm增加到5.946μm。通过XRD对氧化锆陶瓷基体和熔化物颗粒进行物相分析,建立熔化物去除几何模型,阐述熔化物颗粒与切割质量的关系,球形颗粒所占的百分比越大,平均直径和标准差越小,切割质量越好,最终获得质量较高切割样件。
【关键词】：激光切割 氧化锆陶瓷 气熔比 熔化物颗粒 切割质量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.6;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 激光切割技术概况11-16
• 1.2.1 激光切割方法简介11-12
• 1.2.2 激光能量的吸收与传递12-15
• 1.2.3 基于气熔比控制的激光切割15-16
• 1.3 薄板激光切割质量及研究现状16-17
• 1.3.1 薄板激光切割质量16
• 1.3.2 薄板激光切割质量研究现状16-17
• 1.4 激光切割熔化物颗粒研究现状17-19
• 1.5 论文来源及论文的主要工作19-20
• 2 激光切割试验与熔化物采样20-30
• 2.1 试验条件20-24
• 2.1.1 实验材料20-21
• 2.1.2 实验条件21-22
• 2.1.3 实验检测设备22-24
• 2.2 实验方法24-26
• 2.3 实验气熔比值26-27
• 2.4 去除熔化物采样27-30
• 2.4.1 不同板厚下的去除熔化物28
• 2.4.2 不同气熔比下的去除熔化物28-30
• 3 气熔比及板厚对切割质量的影响30-40
• 3.1 板厚对气熔比的影响30-31
• 3.2 气熔比对切缝质量的影响31-33
• 3.3 气熔比对切面条纹形貌和粗糙度的影响33-36
• 3.4 板厚对切缝质量的影响36-37
• 3.5 板厚对切面粗糙度和条纹形貌的影响37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 基于图像处理的熔化物颗粒研究40-53
• 4.1 微小颗粒简介40-42
• 4.1.1 颗粒测量中的有关概念40
• 4.1.2 颗粒测量的分类40-42
• 4.1.3 基于IPP图像处理技术的熔化物颗粒测试42
• 4.2 基于IPP图像技术熔化物颗粒研究步骤简介42-47
• 4.3 气熔比对熔化物颗粒形态的影响47-49
• 4.4 板厚对熔化物颗粒形态的影响49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 熔化物颗粒形成机理分析53-64
• 5.1 熔化物去除几何模型的建立53-55
• 5.2 气熔比对熔化物颗粒形状及球形颗粒尺寸的影响分析55
• 5.3 板厚对熔化物颗粒形状及球形颗粒尺寸的影响分析55-56
• 5.4 熔化物颗粒对切割质量的影响56-58
• 5.5 熔化物颗粒物相分析58-61
• 5.5.1 氧化锆陶瓷物相简介58-59
• 5.5.2 氧化锆陶瓷增韧机制59
• 5.5.3 激光切割氧化锆陶瓷物相分析59-61
• 5.6 无辅助吹气氧化锆陶瓷板激光切割61-63
• 5.7 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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本文编号：554272