SIPM đạt được tiến bộ trong quá trình xử lý bằng laser Femto giây của vật liệu tổng hợp ma trận gốm cacbua silic

Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm trọng điểm Nhà nước về Vật lý Laser trường cường độ cao, Viện Máy móc chính xác quang học Thượng Hải (SIPM), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), phối hợp với nhóm viện sĩ Shao-Ming Dong từ Viện Thượng Hải của Silicat, CAS, v.v., đã đề xuất và trình diễn phương pháp giám sát quá trình gia công laser femto giây của vật liệu tổng hợp ma trận gốm silicon cacbua (SiC CMC) dựa trên quá trình tạo dây tóc bằng laser femto giây của SiC CMC và giám sát quá trình gia công laser femto giây thông qua plasma cảm ứng dây tóc Một phương pháp dựa trên quá trình xử lý dây tóc bằng laser femto giây của SiC CMC và giám sát quá trình bằng huỳnh quang plasma do dây tóc tạo ra đã được đề xuất và trình diễn. Kết quả nghiên cứu đã được công bố là "Các rãnh cắt bỏ dây tóc bằng laser Femto giây của hỗn hợp ma trận gốm SiC và giám sát rãnh của nó bằng huỳnh quang plasma" trên tạp chí CCTV. Các kết quả đã được công bố trên tạp chí Ceramics International với tựa đề "Các rãnh được cắt bỏ bằng sợi laser Femto giây của hỗn hợp ma trận gốm SiC và giám sát rãnh của nó bằng huỳnh quang plasma.
Vật liệu tổng hợp ma trận gốm cacbua silic, là một thế hệ vật liệu kết cấu nhiệt mới, có những ưu điểm đáng kể như mật độ thấp, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, cường độ cao, v.v., và do đó có tiềm năng ứng dụng lớn trong hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân, quốc gia phòng thủ, vận chuyển siêu âm, v.v. Độ cứng cao và tính chất dị hướng của các thiết bị vật liệu SiC CMC đã đặt ra các yêu cầu và thách thức cao hơn đối với các quy trình gia công như gia công chính xác các bề mặt cong và lỗ sâu, v.v. Kết quả được tóm tắt như sau. Gia công. Các công nghệ xử lý cơ học, tia nước, EDM, siêu âm và các công nghệ xử lý truyền thống khác dễ bị vênh, tách lớp, nứt và các khuyết tật khác và khó thực hiện xử lý chính xác. Xử lý laser cực nhanh, như một hệ thống "xử lý lạnh" mới, được kỳ vọng sẽ đáp ứng nhu cầu xử lý SiC CMC có độ chính xác cao và thậm chí siêu chính xác.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu thông qua quá trình tạo dây tóc không khí bằng laser femto giây, tạo ra phạm vi tương tác dài, cường độ cao của dây tóc, sử dụng dây tóc trên bề mặt SiC CMC để hoàn thành quá trình xử lý rãnh có độ chính xác cao và nghiên cứu có hệ thống về vị trí dây tóc, năng lượng xung laser, tốc độ quét và số lần quét của chiều rộng của dây tóc được xử lý chiều rộng, độ sâu, vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, góc nghiêng của tường bên trong và các thông số khác. Đặc tính phạm vi tương tác dài của dây tóc ánh sáng cung cấp một phương pháp mới để gia công chính xác bằng laser cực nhanh trên các bề mặt cong và lỗ sâu. Nghiên cứu đề xuất và trình bày phương pháp giám sát quá trình xử lý SiC CMC bằng dây tóc quang học bằng cách thu thập và phân tích huỳnh quang plasma được tạo ra bởi quá trình xử lý dây tóc quang học của SiC CMC trong thời gian thực, chẳng hạn như huỳnh quang nguyên tử silicon ở bước sóng 390,55 nm (Hình 1). và 2). Người ta nhận thấy rằng sự thay đổi cường độ của vạch quang phổ huỳnh quang 390,55nm của các nguyên tử silicon phản ứng trực tiếp với việc loại bỏ vật liệu bề mặt SiC CMC trong các điều kiện tham số xử lý khác nhau, rất hữu ích cho việc hiểu, theo dõi và tối ưu hóa quá trình xử lý sợi quang của SiC CMC.
Công trình này được hỗ trợ bởi Chương trình nghiên cứu và phát triển trọng điểm quốc gia của Trung Quốc, Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc, Dự án hợp tác quốc tế trọng điểm của Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc, Dự án khoa học và công nghệ của thành phố Thượng Hải và Dự án Thượng Hải Chuyển đổi và công nghiệp hóa thành tựu khoa học công nghệ.

Hình 1 (a) Sơ đồ của rãnh chữ V được xử lý bằng dây tóc quang học, (b) và (c) ảnh nhìn từ trên xuống và hình thái mặt cắt ngang của rãnh chữ V được xử lý bằng dây tóc quang học, tương ứng, (d) ảnh chụp mặt bên sự phát huỳnh quang của dây tóc quang, và (e) và (f) quang phổ ban đầu và quang phổ với việc loại bỏ nền phổ liên tục của huỳnh quang plasma gây ra bởi sự tương tác của dây tóc quang với SiC CMC, tương ứng.

Hình 2 (a) Hình thái của các rãnh SiC CMC được xử lý bằng dây tóc nhẹ ở các năng lượng laser khác nhau, (b) các đường cong đường viền của biên dạng độ sâu của mặt cắt rãnh ở 2,4 mJ, (c) sự thay đổi của chiều rộng, độ sâu rãnh, vùng bị ảnh hưởng nhiệt và góc nghiêng của thành trong với năng lượng laser và (d) sự thay đổi cường độ huỳnh quang plasma với năng lượng laser.