激光-超精密磨削協(xié)同加工碳化硅的表面與亞表層損傷研究.pdf

1、激光微加工在多個工業(yè)工程領域和醫(yī)學領域引起了廣泛關注，因其超快的加工速度。然而，當使用聚焦激光束來進行局部材料去除時，尤其是納秒激光，加工的表面、亞表層和附近區(qū)域容易受到熱損傷。這樣的損傷經常使加工的表面惡化。研究表明，加工零件的可靠性依賴于制造精度；因而改善零件表面和亞表層質量已經成為了激光加工領域的挑戰(zhàn)性問題。
　　本課題主要實驗研究了碳化硅(SiC)在納秒激光-超精密磨削協(xié)同加工時的亞表層損傷。過去幾十年中，已有研究者探究了

2、加工工藝參數與產生的表面改變本質以及產品功能特性之間的關系。這背后的驅動力是對提升零件功能性、可靠性和耐用性的持續(xù)需求，因此，刺激了耐受性增強材料和高性能制造方法的發(fā)展，以適應極端負載條件和腐蝕環(huán)境。納秒激光因其良好的微結構加工性能而聞名，它的微加工技術是精密加工硬脆材料的有效方法之一。尤其是在加工以碳化硅為代表的超硬材料時，體現出獨特的優(yōu)勢。然而，激光加工時引起的亞表層損傷卻不容忽視。在這方面，本文主要對其產生原因、損傷程度和通過超精

3、密磨削避免或降低損傷影響進行了研究。
　　當加工碳化硅時，由于其固有本質，在加工的亞表層會出現微裂紋。由于該原因，加工效率很低。為了解決該問題，本課題中對納秒激光微加工和超精密磨削后的碳化硅亞表層損傷進行了實驗研究，以改善碳化硅的加工性能。
　　本課題中的實驗工作包括激光加工和超精密磨削后的碳化硅亞表層損傷。在本課題中，碳化硅先被納秒激光微加工。分析了工藝參數（激光功率、掃描速度、輔助氣體氣壓、重復頻率）對預加工工序的影響，

4、即微槽的深寬比。
　　根據實驗結果確定了最佳工藝參數，因為它對產品質量和成本有重要影響。在今天這個不確定性和激烈競爭并存的市場環(huán)境下，傳統(tǒng)的反復試驗法不足以滿足全球化的巨大挑戰(zhàn)?？紤]到這一點，在本研究中優(yōu)化激光加工工藝參數時采用了田口試驗法。由于其實用性和魯棒性，田口實驗法在設計多參數問題的實驗時已經獲得了巨大的成功。
　　采用田口試驗設計方法設計了本實驗中的參數表，還采用田口試驗設計方法研究了激光加工工藝參數交互作用。利用

5、了田口正交試驗表和信噪比(S/N)來尋找最佳工藝參數值，并分析了工藝參數對微槽深寬比的影響。在曲線圖的幫助下，獲得了最佳工藝參數值并進行了驗證性實驗。
　　采用最佳工藝參數值進行驗證性實驗是為了說明工藝優(yōu)化的有效性，在仔細選用了優(yōu)化過的工藝參數后；在碳化硅工件上使用納秒脈沖激光加工了兩個V形槽微結構。使用了共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡來分析截面形貌和亞表層損傷。檢測結果為碳化硅的激光加工性能提供了有價值的深刻理解。
　　其中