SIPM napreduje u femtosekundnoj laserskoj obradi keramičkih matričnih kompozita od silicijum karbida

Nedavno je istraživački tim iz Državne ključne laboratorije za lasersku fiziku intenzivnog polja, Šangajskog instituta za optičko precizne mašine (SIPM), Kineske akademije nauka (CAS), u saradnji sa timom akademika Shao-Ming Donga sa Šangajskog instituta Silicates, CAS, itd., je predložio i demonstrirao metodu za praćenje femtosekundne laserske obrade kompozita keramičke matrice silicijum karbida (SiC CMC) zasnovanu na femtosekundnoj laserskoj filamentaciji SiC CMC-a i praćenju femtosekundne laserske obrade u procesu obrade plazmom Predložena je i demonstrirana metoda bazirana na femtosekundnoj laserskoj filamentacionoj obradi SiC CMC i praćenju procesa fluorescencijom plazme indukovane filamentima. Rezultati studije objavljeni su kao "Femtosekundna laserska filamentna ablacija žljebova od SiC keramičkog matričnog kompozita i njegovo praćenje žljebova plazma fluorescencijom" u časopisu CCTV. Rezultati su objavljeni u Ceramics International pod naslovom „Femtosekundna laserska filamentna ablacija žljebova od SiC keramičkog matričnog kompozita i njegovo praćenje žljebova plazma fluorescencijom.
Keramički matrični kompoziti od silicijum karbida, kao nova generacija termičkih strukturnih materijala, imaju značajne prednosti kao što su niska gustina, otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, visoka čvrstoća itd., te stoga imaju veliki potencijal za primenu u vazduhoplovstvu, nuklearnoj energiji, nacionalnoj odbrana, hipersonični transport, itd. Visoka tvrdoća i anizotropna priroda uređaja SiC CMC materijala postavili su veće zahtjeve i izazove za procese obrade kao što je precizna obrada zakrivljenih površina i dubokih rupa, itd. Rezultati su sažeti kako slijedi. Mašinska obrada. Tradicionalne mehaničke, waterjet, EDM, ultrazvučne i druge tehnologije obrade sklone su napuklinama, raslojavanju, pukotinama i drugim defektima, te je teško ostvariti preciznu obradu. Očekuje se da ultrabrza laserska obrada, kao novi sistem "hladne obrade", zadovolji potrebe visokoprecizne, pa čak i preprecizne SiC CMC obrade.
U ovom radu, istraživači su kroz femtosekundnu lasersku filamentaciju zraka rezultirali visokim intenzitetom, dugim rasponom interakcije filamenta, koristeći filament na SiC CMC površini za završetak obrade žljebova visoke preciznosti, i sistematsko proučavanje položaja filamenta, energija laserskog impulsa, brzina skeniranja i broj skeniranja, širina obrađenog filamenta, širina žlijeba, dubina, zona utjecaja topline, kut nagiba unutrašnjeg zida i drugi parametri. Dugi raspon interakcije karakterističan za svjetlosnu nit pruža novi način za ultrabrzu lasersku preciznu obradu zakrivljenih površina i dubokih rupa. Studija predlaže i pokazuje metodu praćenja procesa obrade SiC CMC optičkim filamentom prikupljanjem i analizom fluorescencije plazme generirane obradom optičkih filamenata SiC CMC u realnom vremenu, kao što je fluorescencija atoma silicija od 390,55 nm (Sl. 1 i 2). Utvrđeno je da varijacija intenziteta spektralne linije fluorescencije od 390,55 nm atoma silicija direktno reaguje na uklanjanje SiC CMC površinskog materijala pod različitim uslovima parametara obrade, što je korisno za razumevanje, praćenje i optimizaciju procesa fotofilamentne obrade SiC. CMC.
Ovaj rad je podržan od strane Nacionalnog ključnog istraživačkog i razvojnog programa Kine, Kineske nacionalne fondacije za prirodne nauke, ključnog projekta međunarodne saradnje Kineske akademije nauka, projekta nauke i tehnologije opštine Šangaj i projekta Šangaja. Transformacija naučnih i tehnoloških dostignuća i industrijalizacija.

Slika 1 (a) Šematski dijagram V-žlijeba obrađenog optičkim vlaknom, (b) i (c) fotografije pogleda odozgo i morfologije poprečnog presjeka V-žlijeba obrađenog optičkim vlaknom, (d) fotografije bočnih fluorescencija optičkog filamenta, i (e) i (f) originalni spektri i spektri sa uklanjanjem kontinuumske spektralne pozadine fluorescencije plazme izazvane interakcijom optičkog filamenta sa SiC CMC, respektivno.

Slika 2 (a) Morfologija SiC CMC žljebova obrađenih svjetlosnim filamentom pri različitim laserskim energijama, (b) konturne krive dubinskog profila poprečnog presjeka žljeba na 2,4 mJ, (c) varijacija širine, dubine žljeba, toplotno pogođena zona i ugao nagiba unutrašnjeg zida sa laserskom energijom i (d) varijacija intenziteta fluorescencije plazme sa laserskom energijom.