飞秒激光材料表面微加工

论文摘要

由于飞秒激光脉冲宽度极短抑制了热扩散过程,所以飞秒激光可在不对亚表面层产生显著影响的情况下改变表面形貌和结构,通过控制激光参数就可能获得独特的材料表面结构。本论文对飞秒激光材料表面微加工技术进行研究,包括以下主要内容:一、利用飞秒激光进行单晶硅表面微加工,研究了加工过程中碎屑粘附对加工精度的影响。采用预先在样品表面涂透明防护薄膜的方法,研究了保护薄膜阻止加工碎屑粘附到加工区的效果。二、利用飞秒激光加工非晶合金,研究了多脉冲加工过程中的积累效应,以及非晶合金表面周期性波纹结构的形成规律。实验证明:随激光功率的增加,材料去除机制从平衡汽化转变为相爆炸机制,并且出现液相。X射线和透射电子显微镜观察表明,飞秒激光加工非晶合金过程中热影响很小,只有少量晶化发生,因此,飞秒激光加工适合于非晶合金的加工。三、利用飞秒激光进行金属镍表面微加工,实验表明飞秒激光烧蚀区发生了爆炸性沸腾(相爆炸)现象,同时有大量的镍液滴和汽化分子从烧蚀区喷出,又以极快的冷却速率重新凝固。飞秒激光烧蚀金属产生的爆炸性沸腾(相爆炸)和极高的冷却速率最可能是表面随机纳米结构形成的机制。另外,通过计算二维双温方程和观察透射电子显微镜表明,飞秒激光烧蚀纯金属镍可以形成大量纳米晶粒和少量的核壳结构纳米颗粒,并没有发现非晶。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 飞秒激光加工的特点
• 1.2 飞秒激光材料表面微加工研究进展
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 飞秒激光单晶硅表面微加工
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 飞秒激光系统
• 2.1.2 焦点监测装置
• 2.1.3 机械位移平台
• 2.2 实验过程
• 2.3 实验结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 飞秒激光非晶合金表面微加工
• 3.1 飞秒激光非晶合金表面加工实验
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验过程
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 飞秒激光烧蚀非晶表面形貌
• 3.2.2 飞秒激光烧蚀非晶合金亚表面结构
• 3.2.3 飞秒激光切割非晶合金
• 3.3 本章小结
• 第四章 飞秒激光加工纯金属镍
• 4.1 飞秒激光加工金属镍实验
• 4.2 飞秒激光加工金属镍实验结果
• 4.2.1 飞秒激光烧蚀表面形貌
• 4.2.2 随机纳米结构的形成机制
• 4.2.3 双温方程计算
• 4.2.4 飞秒激光烧蚀金属镍亚表面微结构
• 4.2.5 随机纳米结构吸收性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢