Η SIPM σημειώνει πρόοδο στην επεξεργασία λέιζερ Femtosecond σύνθετων υλικών κεραμικής μήτρας καρβιδίου πυριτίου

Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα από το State Key Laboratory of Intense-Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM), China Academy of Sciences (CAS), σε συνεργασία με μια ομάδα ακαδημαϊκού Shao-Ming Dong από το Ινστιτούτο της Σαγκάης of Silicates, CAS, κ.λπ., έχει προτείνει και έχει επιδείξει μια μέθοδο παρακολούθησης της κατεργασίας με λέιζερ femtosecond σύνθετων υλικών κεραμικής μήτρας καρβιδίου του πυριτίου (SiC CMCs) με βάση τη νηματοποίηση λέιζερ femtosecond των SiC CMCs και την παρακολούθηση της επεξεργασίας με λέιζερ femtosecond που προκαλείται από τη διαδικασία κατεργασίας με πλάσμα Προτείνεται και αποδεικνύεται μια μέθοδος που βασίζεται στην επεξεργασία νηματοποίησης με λέιζερ femtosecond του SiC CMC και παρακολούθηση της διαδικασίας με φθορισμό πλάσματος που προκαλείται από νήμα. Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν ως "Femtosecond laser fiament abylated grooves of SiC ceramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence" στο περιοδικό CCTV. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο Ceramics International με τον τίτλο "Femtosecond laser fiament abilated grooves of SiC ceramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence.
Τα σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας καρβιδίου πυριτίου, ως νέας γενιάς θερμικών δομικών υλικών, έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα όπως χαμηλή πυκνότητα, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, αντοχή στη διάβρωση, υψηλή αντοχή κ.λπ., και επομένως έχουν μεγάλες δυνατότητες εφαρμογής στην αεροδιαστημική, την πυρηνική ενέργεια, την εθνική άμυνα, υπερηχητική μεταφορά, κ.λπ. Η υψηλή σκληρότητα και η ανισότροπη φύση των συσκευών υλικού SiC CMC έχουν δημιουργήσει υψηλότερες απαιτήσεις και προκλήσεις για διαδικασίες μηχανικής κατεργασίας, όπως η μηχανική κατεργασία ακριβείας καμπύλων επιφανειών και βαθιών οπών κ.λπ. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται ως εξής. Μηχανουργική κατεργασία. Οι παραδοσιακές τεχνολογίες μηχανικής, υδροβολής, EDM, υπερήχων και άλλων τεχνολογιών επεξεργασίας είναι επιρρεπείς σε γρέζια, αποκόλληση, ρωγμές και άλλα ελαττώματα και είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί η επεξεργασία ακριβείας. Η υπερταχεία επεξεργασία με λέιζερ, ως νέο σύστημα «ψυχρής επεξεργασίας», αναμένεται να καλύψει τις ανάγκες επεξεργασίας SiC CMC υψηλής ακρίβειας και μάλιστα υπερακρίβειας.
Σε αυτήν την εργασία, οι ερευνητές μέσω της νηματοποίησης αέρα λέιζερ femtosecond, με αποτέλεσμα το νήμα υψηλής έντασης, μεγάλου μήκους αλληλεπίδρασης, χρησιμοποιώντας το νήμα στην επιφάνεια SiC CMC για την ολοκλήρωση της επεξεργασίας αυλακώσεων υψηλής ακρίβειας και τη συστηματική μελέτη της θέσης του νήματος, ενέργεια παλμού λέιζερ, ταχύτητα σάρωσης και αριθμός σάρωσης του πλάτους του επεξεργασμένου νήματος πλάτος αυλάκωσης, βάθος, ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα, γωνία κλίσης του εσωτερικού τοιχώματος και άλλες παραμέτρους. Το μεγάλο εύρος αλληλεπίδρασης που χαρακτηρίζει το ελαφρύ νήμα παρέχει έναν νέο τρόπο για εξαιρετικά γρήγορη επεξεργασία ακριβείας με λέιζερ καμπυλωτών επιφανειών και βαθιών οπών. Η μελέτη προτείνει και επιδεικνύει μια μέθοδο παρακολούθησης για τη διαδικασία επεξεργασίας SiC CMC με οπτικό νήμα συλλέγοντας και αναλύοντας τον φθορισμό του πλάσματος που δημιουργείται από την επεξεργασία οπτικού νήματος του SiC CMC σε πραγματικό χρόνο, όπως ο φθορισμός 390,55 nm ατόμων πυριτίου (Εικ. και 2). Διαπιστώθηκε ότι η διακύμανση της έντασης της φασματικής γραμμής φθορισμού 390,55 nm ατόμων πυριτίου ανταποκρίνεται άμεσα στην αφαίρεση υλικού επιφάνειας SiC CMC υπό διαφορετικές συνθήκες παραμέτρων επεξεργασίας, κάτι που είναι χρήσιμο για την κατανόηση, την παρακολούθηση και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας επεξεργασίας φωτονήματος του SiC CMC.
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Πρόγραμμα Έρευνας και Ανάπτυξης Κλειδί της Κίνας, το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, το Βασικό Έργο Διεθνούς Συνεργασίας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, το Πρόγραμμα Επιστήμης και Τεχνολογίας του Δήμου της Σαγκάης και το Έργο της Σαγκάης Επιστημονικό και Τεχνολογικό Επίτευγμα Μετασχηματισμός και Βιομηχανοποίηση.

Εικ. 1 (α) Σχηματικό διάγραμμα αυλάκωσης V που επεξεργάζεται με οπτικό νήμα, (β) και (γ) φωτογραφίες από την κάτοψη και μορφολογία διατομής του αυλακιού V που επεξεργάζεται με οπτικό νήμα, αντίστοιχα, (δ) φωτογραφίες πλευρικής φθορισμός οπτικού νήματος και (ε) και (στ) αρχικά φάσματα και φάσματα με αφαίρεση του συνεχούς φασματικού υποβάθρου του φθορισμού πλάσματος που προκαλείται από την αλληλεπίδραση του οπτικού νήματος με το SiC CMC, αντίστοιχα.

Εικ. 2 (α) Μορφολογία αυλακώσεων SiC CMC που επεξεργάζονται με νήμα φωτός σε διαφορετικές ενέργειες λέιζερ, (β) καμπύλες περιγράμματος του προφίλ βάθους της διατομής αυλάκωσης στα 2,4 mJ, (γ) μεταβολή του πλάτους, του βάθους της αυλάκωσης, ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και γωνία κλίσης του εσωτερικού τοιχώματος με την ενέργεια λέιζερ και (δ) μεταβολή της έντασης φθορισμού του πλάσματος με την ενέργεια λέιζερ.