氧化铝陶瓷激光直接材料成形中光致等离子体行为研究

发布时间：2023-08-25 19:54

　　氧化铝陶瓷熔点高,强度硬度大,耐磨性、耐腐蚀性、耐热冲击性和绝缘性优良,在复杂环境化学性能稳定,被广泛应用于航空航天、机械工业等领域。氧化铝陶瓷激光直接材料成形制造的零件容易出现气孔、裂纹、形貌不稳定等缺陷。成形过程的等离子体与成形过程的稳定性关系密切,且目前对此工艺下的等离子体研究较少,故本文针对氧化铝光致等离子体展开系统研究。首先采用高速摄影方法采集等离子体/陶瓷蒸气的羽辉形貌,并通过图像处理方法提取羽辉面积、质心高度特征。研究了变功率、变离焦量条件下羽辉面积、质心高度的变化规律,分析了时域内羽辉面积的波动性。研究发现,羽辉光强较大,程度比金属材料更剧烈,这与氧化铝中氧元素有关;随功率增加羽辉强度逐渐增强,随着离焦量绝对值的增大,羽辉强度逐渐减小;激光直接成形过程中等离子体羽辉特征的变化存在一定周期性;成形过程产生的“堵粉现象”与蒸气喷发有关。其次对等离子体的光谱特征进行了研究。利用成形系统及光谱采集系统获得等离子体光谱,并分析了等离子体的光谱强度、电子密度、光谱强度的波动性与熔池温度波动性的相关性。发现氧化铝陶瓷成形过程的等离子体现象比金属材料的更剧烈;谱线主要处于紫外区和可见区...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 陶瓷增材制造技术概述
    1.3 光致等离子体行为及缺陷相关研究
    1.4 激光等离子体行为国内外研究现状
        1.4.1 等离子体谱特征概述
        1.4.2 等离子体/蒸气羽辉研究概述
    1.5 氧化铝等离子体研究概述
    1.6 主要研究内容
第2章 试验材料、试验设备以及研究方法
    2.1 试验材料和基板选择
    2.2 试验设备
        2.2.1 激光直接材料成形系统
        2.2.2 熔池温度、等离子体光谱及羽辉图像采集系统
    2.3 试验研究方法
        2.3.1 镶样处理
        2.3.2 图像处理
        2.3.3 等离子体电子密度的求取
    2.4 本章小结
第3章 陶瓷激光直接材料成形等离子体/蒸气羽辉特征
    3.1 羽辉形貌特征分析
    3.2 羽辉特征参数与工艺参数的关系研究
        3.2.1 离焦量对等离子体/陶瓷蒸气的影响
        3.2.2 激光功率对等离子体/陶瓷蒸气的影响
    3.3 等离子体/陶瓷蒸气羽辉的波动性分析
    3.4 光致等离子体/陶瓷蒸气对成形过程的堵粉现象研究
    3.5 本章小结
第4章 氧化铝陶瓷光致等离子体谱线特征分析
    4.1 氧化铝陶瓷激光直接成形工艺
    4.2 氧化铝陶瓷光致等离子体谱线特征
    4.3 氧化铝陶瓷等离子体光谱数据分析
    4.4 等离子体光谱强度、电子密度与工艺参数的关系分析
        4.4.1 谱线强度、电子密度与功率关系分析
        4.4.2 谱线强度、电子密度与送粉速率关系分析
        4.4.3 谱线强度、电子密度与扫描速度关系分析
    4.5 等离子体强度特征与熔池温度波动性的相关性研究
        4.5.1 时域内谱线强与熔池温度波动性分析
        4.5.2 谱线强度与熔池温度的相关性分析
    4.6 本章小结
第5章 成形缺陷与等离子体特征的相关性分析
    5.1 成形件表面形貌与等离子体特征关系分析
        5.1.1 单层薄壁件的形貌
        5.1.2 形貌与等离子体的相关性分析
    5.2 成形件气孔率与等离子体参数关系分析
        5.2.1 成形件气孔分析
        5.2.2 气孔率与等离子体相关性分析
    5.3 成形件裂纹数量与等离子体参数关系分析
        5.3.1 成形件裂纹分析
        5.3.2 裂纹数量与等离子体相关性分析
    5.4 本章小结
总结与展望
    一 总结
    二 创新点
    三 展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文和参与科研项目



本文编号：3843212