Компания SIPM добилась прогресса в фемтосекундной лазерной обработке композитов с керамической матрицей из карбида кремния

Недавно исследовательская группа из Государственной ключевой лаборатории лазерной физики интенсивного поля Шанхайского института прецизионного оптического машиностроения (SIPM) Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с группой академика Шао-Минг Донга из Шанхайского института силикатов, CAS и др., предложили и продемонстрировали метод мониторинга фемтосекундной лазерной обработки карбидокремниевых керамических матричных композитов (SiC CMC) на основе фемтосекундной лазерной филаментации SiC CMC и мониторинга процесса фемтосекундной лазерной обработки через плазму, индуцированную нитью. Предложен и продемонстрирован метод, основанный на фемтосекундной лазерной филаментационной обработке КМК SiC и мониторинге процесса по флуоресценции плазмы, индуцированной нитью. Результаты исследования были опубликованы под заголовком «Фемтосекундная лазерная абляция канавок композита с керамической матрицей SiC и мониторинг его канавок методом плазменной флуоресценции» в журнале CCTV. Результаты были опубликованы в журнале Ceramics International под заголовком «Фемтосекундная лазерная абляция канавок в композите с керамической матрицей SiC и мониторинг его канавок с помощью плазменной флуоресценции».
Композиты с керамической матрицей на основе карбида кремния, как новое поколение теплоконструкционных материалов, обладают значительными преимуществами, такими как низкая плотность, высокая термостойкость, коррозионная стойкость, высокая прочность и т. д., и поэтому имеют большой потенциал для применения в аэрокосмической, атомной энергетике, отечественной промышленности. защита, гиперзвуковая транспортировка и т. д. Высокая твердость и анизотропная природа устройств из материала SiC CMC выдвинули более высокие требования и проблемы для процессов обработки, таких как прецизионная обработка изогнутых поверхностей и глубоких отверстий и т. д. Результаты суммированы следующим образом. Обработка. Традиционные механические, гидроабразивные, электроэрозионные, ультразвуковые и другие технологии обработки склонны к появлению заусенцев, расслоений, трещин и других дефектов, поэтому обеспечить точную обработку сложно. Ожидается, что сверхбыстрая лазерная обработка, как новая система «холодной обработки», удовлетворит потребности высокоточной и даже сверхточной обработки SiC CMC.
В этой работе исследователи с помощью фемтосекундной лазерной воздушной нити, что приводит к высокой интенсивности и большому диапазону взаимодействия нити, используют нить на поверхности SiC CMC для завершения высокоточной обработки канавок и систематического изучения положения нити. энергия лазерного импульса, скорость сканирования и число сканирования, ширина обрабатываемой нити, ширина канавки, глубина зоны термического влияния, угол наклона внутренней стенки и другие параметры. Большой диапазон взаимодействия, характерный для световой нити, обеспечивает новый способ сверхбыстрой лазерной точной обработки изогнутых поверхностей и глубоких отверстий. В исследовании предложен и продемонстрирован метод мониторинга процесса обработки SiC CMC оптической нитью путем сбора и анализа плазменной флуоресценции, генерируемой оптической обработкой SiC CMC накаливания, в реальном времени, такой как флуоресценция атомов кремния на длине волны 390,55 нм (рис. 1). и 2). Обнаружено, что изменение интенсивности спектральной линии флуоресценции 390,55 нм атомов кремния напрямую реагирует на удаление поверхностного материала SiC CMC при различных параметрах обработки, что полезно для понимания, мониторинга и оптимизации процесса фотонитевой обработки SiC. КМЦ.
Эта работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая, Национальным фондом естественных наук Китая, Ключевым проектом международного сотрудничества Китайской академии наук, Научно-техническим проектом муниципалитета Шанхая и Шанхайским проектом. Трансформация научных и технологических достижений и индустриализация.

Рис. 1 (а) Принципиальная схема V-образной канавки, обработанной оптической нитью, (б) и (в) фотографии вида сверху и морфологии поперечного сечения V-образной канавки, обработанной оптической нитью соответственно, (г) фотографии боковой поверхности флуоресценция оптической нити, а (д) и (е) исходные спектры и спектры с удалением непрерывного спектрального фона флуоресценции плазмы, индуцированной взаимодействием оптической нити с КМЦ SiC, соответственно.

Рис. 2 (а) Морфология канавок SiC CMC, обработанных световой нитью при различных энергиях лазера, (б) контурные кривые профиля глубины поперечного сечения канавки при 2,4 мДж, (в) изменение ширины, глубины канавки, зона термического влияния и угол наклона внутренней стенки в зависимости от энергии лазера; (г) изменение интенсивности флуоресценции плазмы в зависимости от энергии лазера.