脆性光学材料的超声磨削实验研究

分别采用超声磨削和普通磨削加工方法加工了几种脆性光学材料,研究了几种主要工艺参数对工件加工表面粗糙度的影响。结果表明,超声频率和振幅、金刚石磨料粒度、切深、工具的横向进给速度和旋转速度等工艺参数对表面粗糙度的影响较大。通过比较发现,超声磨削方法比普通磨削方法具有更好的加工表面粗糙度,更高的材料去除率,以及更低的工具磨损量。     

射线辐照的工业应用

核技术应用中,除了原子能发电外,第二个重要的方面就是射线辐照加工。1983年,估计辐照加工产值约为20—30亿美元,并以每年15—20%的速度增长。辐照加工一般用电子加速器和~(60)C0γ源进行辐照。     

光学玻璃加工技术的方向

一、光学玻璃的加工技术在过去的十多年中,在玻璃光学零件的加工方面研究了许多新技术,并在工厂中得到了稳定的应用。例如,高速抛光、刚性模成盘加工、金刚石精磨片或聚氨脂抛光层等的采用,生产率与以前相比,得到了大幅度地提高。玻璃加工技术,与本世纪中期的一般生产技术水平相比较,不能不说是相当落后的。以零件材料加工速度作例子来看,那时期金属切削速度或磨削速度,在对数座标图上几乎以直     

前混合磨料射流切割聚变堆第一壁钨材料研究

针对聚变堆第一壁钨材料的加工问题,开展前混合磨料射流切割钨试验,研究切面表面形貌,分析 射流压力和切割速度对切面粗糙度、切面光滑区深度的影响。结果表明：切割速度对粗糙度影响较大,减小切割 速度可以降低切面粗糙度;射流压力对粗糙度影响略小,提高射流压力可以增加切面光滑区深度,改善切面质量。 试验发现切面存在拖尾纹、残余楔角和冲蚀凹坑等现象,需要通过喷嘴角度补偿等方法予以抑制或消除,以提高 切面加工质量。     

基于脉冲分组的光剂量监控新算法

精确控制脉冲激光加工光剂量是保证加工产品工艺和质量的关键。在对现有的光剂量控制算法进行分析后,提出了基于脉冲分组的光剂量监控新算法,有效提高了光剂量监测精度和反馈控制速度。设计了光剂量监控系统,实现了脉冲激光加工光剂量实时监测及反馈控制。与Ophir公司的StarLab激光能量测量系统相比,500个激光脉冲以内的总能量测量,本系统测量误差不超过±0.1 5%。对一套脉冲最大重复频率为10 kHz、单脉冲最大能量为5 mJ、恒压工作下最大能量波动为±10%的脉冲激光加工系统光剂量进行了监控实验。在本系统的监控下,可将日标光剂量为150 mJ/mm~2以内的加工光剂量控制精度和重复精度分别控制在0.90%和0.100mJ/mm~2以内,同时将光剂量反馈控制速度提高了4倍。     

半球蓝宝石整流罩制造技术研究

整流罩在高速飞行中既要对空气进行整流,同时又起光学窗口的作用。蓝宝石材料硬度高,加工非常困难。分别从精磨模、精磨磨料、抛光膜层、抛光辅料、机床速度和压力等方面介绍了一种加工蓝宝石整流罩的工艺方法。     

Kevlar-29材料的飞秒激光制孔形貌及性能研究EI北大核心CSCD

为提升飞秒激光加工芳纶纤维复合材料制孔质量,优化制孔加工参数,进行了制孔试验。用共聚焦显微镜与超景深显微镜观察圆孔边沿形貌,并测量了热影响区大小。分析了激光功率、扫描速度和重复频率对圆孔的形貌、热影响区大小以及几何精度的影响,对比了激光制孔与机械制孔后材料的拉伸强度。研究发现,一定参数范围内,激光功率增加、重复频率降低或扫描速度减小使热影响区尺寸整体上逐渐变大。但激光功率不足导致的烧蚀不充分也会产生较大的热影响区与表面损伤。热影响区最优状态对应的激光参数为激光功率5 W,扫描速度1050 mm/s,重复频率200 kHz。对比传统机械加工,飞秒激光加工后材料的拉伸强度波动性更小。结果表明,芳纶纤维复合材料的飞秒激光制孔加工不是完全的“冷”加工,由于芳纶纤维导热性差,热量累积造成纤维及纤维周边基材的热损伤,仍会导致较小的热影响区产生。采用合适激光参数的飞秒激光对芳纶纤维复合材料进行制孔加工,能有效提升制孔质量,满足相关领域精度和强度的要求。     

磨削加工光学元件亚表面损伤探究

对磨削加工的K9材料试件进行亚表面损伤探究,分析磨削加工产生亚表面损伤的原因。分别用亚表面损伤深度预测法、分阶刻蚀法预测和检测元件亚表面损伤深度,并分析切深、工作台进给速度、砂轮转速等参数对亚表面损伤深度的影响。研究表明,分阶刻蚀法直观有效,与亚表面损伤深度预测法的结果一致性较好。在本文实验条件下,自行加工K9试件的亚表面损伤深度随切深增大而加深,随工作台进给速度增大而有所增加,砂轮转速对亚表面损伤深度影响并不明显。     

基于局域场加强的近场纳米加工技术

介绍了一种全新的基于飞秒激光局域场加强效应的纳米加工技术,通过使用了微焦级别脉宽为130 fs、波长800 nm的飞秒激光照射于原子力显微镜的探针针尖,利用其局域场加强效应在金薄膜表面加工出各种纳米图形。对加工参数对加工线宽的影响中,我们发现了随着加工能量的减小和加工速度的不断增大将导致加工线宽不断减小,最终达到了极限线宽(～10 nm)。这项技术可以广泛的应用与各种材料的加工中,尤其适合各种金属薄膜的加工,特别是结合了现有的自动化控制系统更是可以加工出任意复杂的二维纳米图形。     

回旋电子束横纵速度比测试技术

摘要:通过对回旋电子束形成的电位和电场分布,推导出电子束横纵速度比测量的计算式.提出将电子束作传输线内导体等效,采用陶瓷电容分压器来测量速度比的方法.介绍了该测量装置的设计和加工工艺,及陶瓷电容分压器的标定方法和结果分析,并介绍了初步的原理性实验结果.该测试方法装置简单,测试电子束横纵速度比时不会破坏电子束的特性,能够...     

激光微织构拉刀制备与能量残留

基于将表面织构技术应用于刀具表面可以有效改善刀具切削性能，结合拉刀材料性能，提出一种微织构拉刀的加工方法。利用激光加工技术在拉刀后刀面加工出一种微织构，并研究各种加工参数对织构形貌的影响。深入研究Q频、功率、扫描速度及加工次数对织构及其润湿性的影响。实验结果表明:低Q频下织构边界模糊，高Q频下边界清晰；随功率上升，织构边界膨胀严重，重铸区不断增大；加工次数与微织构深度近似成正比关系；随扫描速度增大，材料的去除率下降，材料残留明显；制备完成初期织构表面存在能量残留，使得疏水织构出现亲水特性。     

基于光丝效应的飞秒激光单次高质量直接切割薄石英玻璃工艺研究(特邀)

提出了一种基于光丝效应的利用高重频飞秒激光结合高速扫描振镜对200μm石英玻璃进行单次直接切割的方法。优化加工工艺参数,实现了薄石英玻璃的快速高质量切割,加工速度可以达到10 mm/s,崩边小于7.5μm,断面粗糙度小于1μm。该方法实现了薄玻璃切割效率和质量的同步提升,在激光加工领域有较好的应用前景。     

窄脉宽激光诱导背向选择性去除金属薄膜制备微电路(特邀)EI北大核心CSCD

为了在透明基板上制备出导电性能良好的微电路,研究了窄脉宽激光正向和背向选择性去除金属薄膜制备的微结构形貌特征,开展了纳秒激光选择性去除Cu薄膜(厚度为150 nm)的实验和温度场仿真研究,揭示了正、背面去除的烧蚀机理和材料的喷射机制。实验结果表明,当激光脉冲能量为0.270~0.542μJ,扫描速度为2 mm/s时,激光诱导背向去除金属薄膜在加工质量方面优于正向加工,其去除几何精度高,轮廓边缘平整,几乎没有溅射。采用优化后的纳秒激光加工工艺参数,激光脉冲能量为0.403μJ,扫描速度2 mm/s,扫描线间距为3μm,制备出均匀分布的铜阵列图案。在相同参数下对玻璃基板上的铜薄膜背向选择性去除,得到具有良好导电性和粘附性的微电路。     

KDP光学零件超精密车削加工误差的频谱特性与控制

超精密车削技术适于加工KDP(磷酸二氢钾)等频率转换类型的强光光学零件,但车削表面存在明显的加工纹理,导致抗激光损伤阈值降低。以加工表面误差幅值及其频谱分布为对象,分析了KDP光学零件超精密车削的加工特征和误差形态,采用功率谱密度(PSD)评价方法研究了工艺参数与误差频谱的内在关系,结果表明:不同进给速度及主轴转速将使螺旋形刀痕的间距发生变化,进而影响KDP表面误差的频率成分;切削深度虽然对误差频谱影响很小,但会改变PSD的幅值;当主轴转速高于500 r/min、进给速度小于2 mm/min、切削深度小于2 μm时能够加工出rms值优于20 nm的KDP面形。在此基础上,以典型KDP光学零件加工为例,通过超精密补偿车削方法将低频误差的PSD控制在300 nm2·mm以内,中高频误差的PSD控制到国家点火装置(NIF)标准线以下,满足强光系统的工作要求。     

6H-SiC的飞秒激光超衍射加工

利用飞秒激光直写微纳加工平台, 对6H-SiC材料进行了突破衍射极限的微纳结构加工研究. 使用中心波长和脉宽分别为800 nm和130 fs的钛蓝宝石激光器和荧光倒置显微镜搭建了飞秒激光直写微纳加工平台, 研究了在不同的实验条件下对6H-SiC的光学加工情况, 采用扫描电子显微镜对加工结构进行表征. 通过分析不同的激光功率和不同的曝光时间等实验条件下加工的分辨率, 发现分辨率随着激光功率的减小而提高, 随扫描速度的增大而提高, 且能突破光学衍射极限. 最终获得125 nm的加工线宽, 并加工了加工线宽240 nm, 周期1.0 μm的线阵列. 研究结果为微机电系统(MEMS)的微器件设计开创了新的思路, 对发展MEMS器件具有重要意义. 关键词： 飞秒激光直写 超衍射加工 6H-SiC 微机电系统     

超声波加工新技术

超声波在国防和国民经济中的用途可分为两大类,一类是检测超声,另一类是功率超声．检测超声是利用超声波来进行各种检验和测量的技术．而功率超声则是利用超声波振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物性质或状态发生改变,或者使这种改变过程加快的这样一门技术,与检测超声不同,功率超声是用能量来对物质进行处理、加工．它最常用的频率是从几千赫到几十千赫,而功率由几瓦到几万瓦．由于功率超声加工技术具有许多特点,与其他加工技术相比,常能大幅度提高加工速度和效率,提高加工质量和完成一般技术所不能完成的工作．因此一在…     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断北大核心CSCD

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

非球面超光滑加工磨头控制技术研究

为了避免在超光滑加工过程中破坏光学元件的原有面形,同时保证整个表面粗糙度的均匀一致,研究了超光滑加工过程中的磨头控制技术.首先分析了超光滑加工机床的结构形式及超光滑加工工艺特点;然后研究了非球面母线的双圆弧拟合算法以及磨头进给速度的控制方法;最后将所研究的磨头运动控制算法应用于超光滑加工控制软件.以顶点曲率半径为300...     

熔融石英玻璃飞秒激光微纳加工研究

熔融石英玻璃因具有耐热性高、热膨胀系数低、绝缘性能好等优点,广泛应用于航空航天、微光学元件、军事等领域,并对其加工精度和表面质量提出了更高的要求。由于飞秒激光具有“冷加工”的特点,因此在熔融石英玻璃微纳加工方面展现出独特优势。采用波长为1030nm、重复频率为100kHz、脉宽为290fs的飞秒激光对熔融石英玻璃进行加工,确定了不同物镜下熔融石英玻璃的损伤阈值,研究了不同物镜下的激光功率、扫描速度、离焦量、扫描次数对加工线槽的影响,使用逐层叠加加工的方法在低功率下得到了高深宽比(4∶1)的线槽,并且提高加工线槽的宽度与深度的可控性,可以在较薄熔融石英玻璃(200μm)上进行微纳加工。