硬脆材料激光與超聲復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、硬脆材料本身具有強(qiáng)度高、硬度高、耐腐蝕和抗氧化等優(yōu)異性能。但同時(shí)硬脆材料的高硬度、高脆性、斷裂韌性低也導(dǎo)致其加工難度很大，很難獲得預(yù)期的精度和形狀。本項(xiàng)工作分別利用無(wú)水條件下和水環(huán)境下激光與超聲復(fù)合加工新方法，對(duì)氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、硬質(zhì)合金、W-ZrC復(fù)合材料等多種硬脆材料進(jìn)行刻蝕加工實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究氮化硅陶瓷。通過(guò) SEM、體視顯微鏡等多種檢測(cè)手段研究該復(fù)合方法對(duì)材料刻蝕深度和刻蝕表面質(zhì)量的影響，證明水下激光與超聲復(fù)合加工方法能夠提

2、高加工質(zhì)量。本研究旨在為多種硬脆性材料的高效、高精度的加工提供一種新的加工手段。
　　本文的主要研究工作如下：
　?。?）研究設(shè)計(jì)出激光與超聲復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建用于系統(tǒng)研究激光與超聲復(fù)合刻蝕加工工藝和加工機(jī)理，為保證加工質(zhì)量，研究設(shè)計(jì)的超聲振動(dòng)平臺(tái)只在Z軸方向有振幅。
　　（2）在無(wú)水條件下分別利用單熱源激光加工方法和激光與超聲復(fù)合加工方法對(duì)氮化硅陶瓷進(jìn)行刻蝕，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。研究激光和超聲工藝參

3、數(shù)對(duì)激光與超聲復(fù)合刻蝕氮化硅陶瓷刻蝕量和刻蝕表面質(zhì)量的影響，利用SEM、二維顯像儀及EDS等工具分別進(jìn)行刻槽表面微觀和宏觀分析以及表面熔渣元素成分分析。結(jié)果表明：有振動(dòng)輔助的激光復(fù)合刻蝕深度基本上大于無(wú)振動(dòng)時(shí)的情況，但兩種條件下加工得到的刻槽內(nèi)均充滿熔渣，刻蝕表面無(wú)明顯區(qū)別。
　　（3）鑒于無(wú)水條件下的加工質(zhì)量不理想，因此嘗試在刻蝕加工中引入水流。利用水下超聲振動(dòng)產(chǎn)生的空化效應(yīng)清洗刻槽表面，加工表面質(zhì)量得到改善。選取合理工藝參數(shù)，

4、研究激光和超聲參數(shù)等對(duì)刻蝕表面質(zhì)量和刻蝕深度的影響。研究表明：引入水流后激光刻蝕得到的槽內(nèi)基本無(wú)熔渣堆積；有振動(dòng)輔助的激光與復(fù)合刻蝕表面比無(wú)振動(dòng)時(shí)干凈，熔渣顆粒較小，表面質(zhì)量較好，激光刻蝕深度基本上大于無(wú)振動(dòng)的情況。
　?。?）對(duì)碳化硅、硬質(zhì)合金、W-ZrC等硬脆材料進(jìn)行無(wú)水條件、有水條件下的激光與超聲復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)。在有水參與、無(wú)水參與、無(wú)振動(dòng)、有振動(dòng)等四種條件下，激光加工SiC陶瓷得到的孔的表面形貌并無(wú)明顯區(qū)別。對(duì)硬質(zhì)合金的加工