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激光加工陶瓷裂纹行为的理论分析及实验验证
  • ISSN号:0258-7025
  • 期刊名称:《中国激光》
  • 时间:0
  • 分类:V261.8[航空宇航科学与技术—航空宇航制造工程;航空宇航科学技术] TQ174.75[化学工程—陶瓷工业;化学工程—硅酸盐工业]
  • 作者机构:[1]北京工业大学激光工程研究院,北京100022
  • 相关基金:国家自然科学基金(10674041)和北京市科技新星计划(2006811)资助项目.
中文摘要:

通过建立脉冲激光陶瓷打孔二维温度场模型,计算了相应的热应力分布,预测了打孔过程中的两种裂纹形态径向裂纹和环形裂纹,并由此预测出激光脉冲切割过程中的两种裂纹扩展方式发散型和回归型,提出通过降低加工处温度、减少热影响区以及增大孔径(或切缝宽度),可以达到降低热应力,抑制加工裂纹产生的目的。通过讨论模型参数和激光加工工艺参数之间的对应关系,提出低占空比、高辅助气体压力和离焦加工是激光加工工艺参数优化的基本方向,通过对氧化铝陶瓷和单晶硅的激光加工实验,对裂纹的产生及扩展预测进行了验证,并对加工参数优化实现了陶瓷的激光无裂纹加工。

英文摘要:

A thermal-stress field of laser drilling ceramic is calculated by building a two dimensional (2D) thermal field model. Two types of cracks during pulsed laser drilling are predicted. One is along radial direction, and the other is along tangent direction. Further more, spreading characteristics of two types of cracks, emanatlve and regressive, during pulsed laser cutting are analyzed and predicted. It is concluded that the restraint of cracks can be achieved by reducing temperature of processing point, decreasing size of heat affected zone and increasing hole diameter (or kerr width). Based on analyzing parameters of the theoretical model, relationships between model parameters and processing parameters are discussed. It is proposed that optimizing laser processing parameters should depend on lower duty cycle, higher gas pressure and focal position outside the workpieee. The prediction results of crack formation and spread analyzed by the mathematie model are accordant with the experimental results of laser drilling and cutting of alumina ceramic and single-crystal silicon. Laser crack-free processing of ceramics is achieved by optimizing laser processing parameters based on the theoretical model.

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期刊信息
  • 《中国激光》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国光学学会 中国科学院上海光学精密机械研究所
  • 主编:周炳琨
  • 地址:上海市嘉定区清河路390号
  • 邮编:201800
  • 邮箱:cjl@siom.ac.cn
  • 电话:021-69917051
  • 国际标准刊号:ISSN:0258-7025
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1339/TN
  • 邮发代号:4-201
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,物理学类核心期刊,无线电子学·电信技术类核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:26849