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除了水導激光,還有哪些激光技術(shù)適用于加工SiCf/SiC材料?
發(fā)布日期:2025-01-13 14:35 ????瀏覽量:
在現代工業(yè)的廣闊領(lǐng)域中,SiCf/SiC 材料憑借其優(yōu)異的高溫穩定性、高比剛度、低密度以及出色的抗氧化和抗輻照性能,在航空航天、核能等高端領(lǐng)域備受青睞。以航空發(fā)動(dòng)機為例,其渦輪葉片、噴口導流葉片等關(guān)鍵部件若采用 SiCf/SiC 材料制造,不僅能夠承受更高的溫度,大幅提升發(fā)動(dòng)機的熱效率,還可有效減輕重量,降低油耗,增強飛行器的機動(dòng)性。


 
但 SiCf/SiC 材料的加工難度極大,其硬度高且具有脆性,傳統加工方式難以對其進(jìn)行有效加工,存在刀具磨損嚴重、加工表面質(zhì)量差等諸多問(wèn)題。激光技術(shù)以非接觸式加工的方式,避免了傳統加工中刀具與材料的直接接觸,進(jìn)而減少了刀具磨損以及機械應力對材料的損傷。除水導激光外,以下幾種激光技術(shù)也適用于加工 SiCf/SiC 材料:
 

1、飛秒激光

加工原理:飛秒激光脈沖寬度極窄,在飛秒(10?¹? 秒)量級,能產(chǎn)生極高的峰值功率。當聚焦到 SiCf/SiC 材料表面時(shí),瞬間的超高能量密度使得材料迅速電離,形成等離子體,進(jìn)而實(shí)現材料去除,整個(gè)過(guò)程極快,熱量幾乎來(lái)不及向周?chē)鷶U散。
優(yōu)勢:對 SiCf/SiC 這類(lèi)熱敏感的陶瓷基復合材料而言,飛秒激光加工近乎 “冷加工”,熱影響區極小,能最大程度避免熱應力引發(fā)的微裂紋、材料變形等缺陷,特別適合加工高精度、高質(zhì)量的微納結構,像微小的孔、槽等精細部件。
 

2、皮秒激光

加工原理:皮秒激光脈沖持續時(shí)間處于皮秒(10?¹² 秒)范圍,相較于納秒激光,它的能量釋放更為迅速,可讓材料快速氣化、熔化,而且熱擴散距離短。在加工時(shí),材料吸收激光能量,迅速突破熔點(diǎn)或沸點(diǎn),多余熱量來(lái)不及傳導就完成加工動(dòng)作。
優(yōu)勢:與飛秒激光相比,皮秒激光設備的成本和維護成本更低,在一些對加工精度要求較高,同時(shí)又需兼顧成本的 SiCf/SiC 加工場(chǎng)景下更具實(shí)用性;相比傳統長(cháng)脈沖激光,它顯著(zhù)減少了熱損傷,保障材料性能。
 

3、紫外激光

加工原理:紫外激光的波長(cháng)較短,光子能量高,材料對其吸收系數大。照射到 SiCf/SiC 材料上時(shí),高能量光子可直接打斷材料的分子鍵,促使材料分解、氣化,以這種 “光化學(xué)分解” 為主的方式實(shí)現加工。
優(yōu)勢:屬于典型的冷加工方式,熱效應微乎其微,加工精度出色??梢詽M(mǎn)足 SiCf/SiC 材料表面微圖案的精細雕刻、表面改性等特殊加工需求,比如制作具有特殊功能的微紋理表面。
 

4、二氧化碳激光

加工原理:二氧化碳激光屬于中紅外激光,是一種常用的連續波激光。通過(guò)透鏡聚焦后,激光束攜帶的高能量使 SiCf/SiC 材料表面溫度迅速升高,達到熔點(diǎn)、沸點(diǎn)后,材料熔化、氣化從而被去除;也可通過(guò)控制激光掃描路徑,實(shí)現切割、打孔等操作。
優(yōu)勢:二氧化碳激光設備成熟,功率高、光束質(zhì)量較好,在對 SiCf/SiC 材料進(jìn)行粗加工,如大面積切割、快速去除余量時(shí),能展現出較高的加工效率,后續再搭配精修工藝完善加工精度。
 
隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步,激光技術(shù)在 SiCf/SiC 材料加工領(lǐng)域必將持續創(chuàng )新。相信在激光技術(shù)的助力下,SiCf/SiC 材料將在更多領(lǐng)域展現出其卓越性能,為人類(lèi)科技的發(fā)展貢獻更大的力量。

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