SIPM gjør fremskritt i femtosekundlaserbehandling av silisiumkarbidkeramiske matrisekompositter

Nylig har et forskerteam fra State Key Laboratory of Intense-Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), i samarbeid med et team av akademiker Shao-Ming Dong fra Shanghai Institute. of Silicates, CAS, etc., har foreslått og demonstrert en metode for å overvåke femtosekundlaserbearbeiding av silisiumkarbidkeramiske matrisekompositter (SiC CMCs) basert på femtosekundlaserfilamentering av SiC CMCer og overvåking av femtosekundlaserbearbeidingsprosess gjennom filamentindusert plasma En metode basert på femtosekund laserfilamenteringsbehandling av SiC CMC og overvåking av prosessen ved filamentindusert plasmafluorescens er foreslått og demonstrert. Resultatene av studien ble publisert som "Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC keramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence" i tidsskriftet CCTV. Resultatene ble publisert i Ceramics International under tittelen "Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC keramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence.
Silisiumkarbid keramiske matrisekompositter, som en ny generasjon av termiske strukturelle materialer, har betydelige fordeler som lav tetthet, høy temperaturbestandighet, korrosjonsmotstand, høy styrke, etc., og har derfor et stort potensiale for bruk i romfart, kjernekraft, nasjonalt forsvar, hypersonisk transport, etc. Den høye hardheten og den anisotropiske naturen til SiC CMC-materialenhetene har fremsatt høyere krav og utfordringer for maskineringsprosesser som presisjonsmaskinering av buede overflater og dype hull, etc. Resultatene er oppsummert som følger. Maskinering. Tradisjonelle mekaniske, vannjet-, EDM-, ultralyd- og andre prosesseringsteknologier er utsatt for grader, delaminering, sprekker og andre defekter, og det er vanskelig å realisere presisjonsbehandling. Ultrarask laserbehandling, som et nytt system for "kald prosessering", forventes å møte behovene til høypresisjon og til og med overpresisjon SiC CMC-behandling.
I dette arbeidet, forskerne gjennom femtosekund laser luftfilamentering, noe som resulterer i høy intensitet, lang interaksjonsrekkevidde av filamentet, ved å bruke filamentet i SiC CMC-overflaten for å fullføre høypresisjonssporbehandling, og systematisk studie av filamentposisjonen, laserpulsenergi, skannehastighet og skannenummer av bredden på filamentet behandlet sporbredde, dybde, varmepåvirket sone, den indre veggens helningsvinkel og andre parametere. Den lange interaksjonsrekkevidden til lystråden gir en ny måte for ultrarask laserpresisjonsbearbeiding av buede overflater og dype hull. Studien foreslår og demonstrerer en overvåkingsmetode for prosessen med SiC CMC-behandling av optisk filament ved å samle og analysere plasmafluorescensen generert av optisk filamentbehandling av SiC CMC i sanntid, slik som 390,55 nm fluorescens av silisiumatomer (fig. 1) og 2). Det er funnet at variasjonen av intensiteten til 390,55 nm fluorescensspektrallinjen av silisiumatomer reagerer direkte på fjerning av SiC CMC overflatemateriale under forskjellige prosessparameterforhold, noe som er nyttig for å forstå, overvåke og optimalisere prosessen med fotofilamentbehandling av SiC CMC.
Dette arbeidet ble støttet av National Key Research and Development Program of China, National Natural Science Foundation of China, Key Project of International Cooperation of Chinese Academy of Sciences, Science and Technology Project of Shanghai Municipality, og Project of Shanghai Vitenskapelig og teknologisk prestasjon Transformasjon og industrialisering.

Fig. 1 (a) Skjematisk diagram av V-rille behandlet av optisk filament, (b) og (c) fotografier av toppvisning og tverrsnittsmorfologi av V-spor behandlet av optisk filament, henholdsvis (d) fotografier av laterale fluorescens av optisk filament, og henholdsvis (e) og (f) originale spektre og spektre med fjerning av kontinuum spektral bakgrunn av plasmafluorescens indusert ved interaksjon av optisk filament med SiC CMC.

Fig. 2 (a) Morfologi av SiC CMC-spor behandlet av lysfilament ved forskjellige laserenergier, (b) konturkurver av dybdeprofilen til rilletverrsnittet ved 2,4 mJ, (c) variasjon av rillens bredde, dybde, varmepåvirket sone, og helningsvinkelen til den indre veggen med laserenergien, og (d) variasjon av plasmafluorescensintensiteten med laserenergien.