SIPM gör framsteg inom femtosekundlaserbearbetning av kiselkarbidkeramiska matriskompositer

Nyligen har ett forskarlag från State Key Laboratory of Intense-Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), i samarbete med ett team av akademiker Shao-Ming Dong från Shanghai Institute of Silicates, CAS, etc., har föreslagit och demonstrerat en metod för att övervaka femtosekundlaserbearbetning av kiselkarbidkeramiska matriskompositer (SiC CMC) baserad på femtosekundlaserfilamentering av SiC CMC och övervakning av femtosekundlaserbearbetningsprocess genom filamentinducerad plasma En metod baserad på femtosekundlaserfilamenteringsbearbetning av SiC CMC och övervakning av processen genom filamentinducerad plasmafluorescens föreslås och demonstreras. Resultaten av studien publicerades som "Femtosekund laserfilament ablated grooves of SiC keramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence" i tidskriften CCTV. Resultaten publicerades i Ceramics International under titeln "Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC keramic matrix composite and its grooving monitoring by plasmafluorescens.
Keramiska matriskompositer av kiselkarbid, som en ny generation av termiska strukturmaterial, har betydande fördelar såsom låg densitet, hög temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, hög hållfasthet, etc., och har därför stor potential för tillämpning inom rymd, kärnkraft, nationell försvar, hypersonisk transport, etc. Den höga hårdheten och anisotropa karaktären hos SiC CMC-materialenheterna har ställt högre krav och utmaningar för bearbetningsprocesser såsom precisionsbearbetning av krökta ytor och djupa hål, etc. Resultaten sammanfattas enligt följande. Maskinbearbetning. Traditionella mekaniska, vattenjet-, EDM-, ultraljuds- och andra bearbetningstekniker är benägna för grader, delaminering, sprickor och andra defekter, och det är svårt att realisera precisionsbearbetning. Ultrasnabb laserbearbetning, som ett nytt system för "kall bearbetning", förväntas möta behoven av högprecision och till och med överprecision SiC CMC-bearbetning.
I detta arbete har forskarna genom femtosekundlaserluftfilamenteringen, vilket resulterar i högintensiv, lång interaktionsräckvidd för glödtråden, med hjälp av glödtråden i SiC CMC-ytan för att slutföra högprecisionsrännbearbetning och systematisk studie av glödtrådens position, laserpulsenergi, skanningshastighet och skanningsnummer av filamentets bredd bearbetade spårbredd, djup, värmepåverkad zon, innerväggens lutningsvinkel och andra parametrar. Ljusglödtrådens långa interaktionsintervall ger ett nytt sätt för ultrasnabb laserprecisionsbearbetning av krökta ytor och djupa hål. Studien föreslår och demonstrerar en övervakningsmetod för processen för SiC CMC-bearbetning av optisk filament genom att samla in och analysera plasmafluorescensen som genereras av optisk filamentbearbetning av SiC CMC i realtid, såsom 390,55 nm fluorescens av kiselatomer (fig. 1) och 2). Det har visat sig att variationen i intensiteten hos 390,55 nm fluorescensspektrallinjen av kiselatomer direkt svarar på SiC CMC-ytmaterialavlägsnandet under olika bearbetningsparametrar, vilket är användbart för att förstå, övervaka och optimera processen för fotofilamentbearbetning av SiC CMC.
Detta arbete stöddes av Kinas nationella nyckelforsknings- och utvecklingsprogram, Kinas nationella naturvetenskapsstiftelse, kinesiska vetenskapsakademins nyckelprojekt för internationellt samarbete, vetenskaps- och teknikprojektet i Shanghais kommun och projektet i Shanghai Vetenskaplig och teknisk prestation Transformation och industrialisering.

Fig. 1 (a) Schematiskt diagram av V-spår bearbetat av optisk filament, (b) och (c) fotografier av ovanifrån respektive tvärsnittsmorfologi av V-spår bearbetat av optisk filament, (d) fotografier av laterala fluorescens av optisk filament, och (e) och (f) ursprungliga spektra och spektra med avlägsnande av kontinuerlig spektral bakgrund av plasmafluorescens inducerad genom interaktion av optisk filament med SiC CMC, respektive.

Fig. 2 (a) Morfologi för SiC CMC-spår bearbetade av ljustrådar vid olika laserenergier, (b) konturkurvor av djupprofilen för spårtvärsnittet vid 2,4 mJ, (c) variation av spårets bredd, djup, värmepåverkad zon och den inre väggens lutningsvinkel med laserenergin, och (d) variation av plasmafluorescensintensiteten med laserenergin.