SIPM avança en el processament làser de femtosegons de compostos de matriu ceràmica de carbur de silici

Recentment, un equip d'investigació del Laboratori Estatal Clau de Física Làser de Camp Intens, Institut de Xangai de Maquinària de Precisió Òptica (SIPM), Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), en col·laboració amb un equip de l'acadèmic Shao-Ming Dong de l'Institut de Xangai de silicats, CAS, etc., ha proposat i demostrat un mètode per controlar el mecanitzat làser de femtosegons de compostos de matriu ceràmica de carbur de silici (SiC CMC) basat en la filamentació làser de femtosegons de SiC CMC i el seguiment del procés de mecanitzat làser de femtosegon mitjançant plasma induït per filaments. Es proposa i demostra un mètode basat en el processament de filamentació làser femtosegon de SiC CMC i el seguiment del procés mitjançant fluorescència de plasma induïda per filaments. Els resultats de l'estudi es van publicar com a "Femtosegons làser filament ablated grooves of SiC ceramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence" a la revista CCTV. Els resultats es van publicar a Ceramics International sota el títol "Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC ceramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence.
Els compostos de matriu ceràmica de carbur de silici, com a nova generació de materials estructurals tèrmics, tenen avantatges significatius com ara baixa densitat, resistència a alta temperatura, resistència a la corrosió, alta resistència, etc., i per tant tenen un gran potencial d'aplicació en aeroespacial, energia nuclear, nacional defensa, transport hipersònic, etc. L'elevada duresa i la naturalesa anisòtropa dels dispositius de material SiC CMC han plantejat majors requisits i reptes per a processos de mecanitzat com el mecanitzat de precisió de superfícies corbes i forats profunds, etc. Els resultats es resumeixen a continuació. Mecanitzat. Les tecnologies de processament mecàniques tradicionals, per raig d'aigua, EDM, ultrasònics i altres són propenses a rebaves, delaminació, esquerdes i altres defectes, i és difícil realitzar un processament de precisió. S'espera que el processament làser ultraràpid, com a nou sistema de "processament en fred", satisfà les necessitats de processament de SiC CMC d'alta precisió i fins i tot d'excés de precisió.
En aquest treball, els investigadors a través de la filamentació d'aire làser de femtosegon, donant lloc a un rang d'interacció llarg i d'alta intensitat del filament, utilitzant el filament a la superfície SiC CMC per completar el processament de ranures d'alta precisió i un estudi sistemàtic de la posició del filament, L'energia del pols làser, la velocitat d'escaneig i el nombre d'escaneig de l'amplada de la ranura processada del filament, la profunditat, la zona afectada per la calor, l'angle d'inclinació de la paret interna i altres paràmetres. El llarg rang d'interacció característic del filament de llum proporciona una nova forma de mecanitzat de precisió làser ultraràpid de superfícies corbes i forats profunds. L'estudi proposa i demostra un mètode de seguiment del procés de processament de SiC CMC per filament òptic mitjançant la recollida i anàlisi de la fluorescència de plasma generada pel processament de filaments òptics de SiC CMC en temps real, com la fluorescència de 390,55 nm d'àtoms de silici (Figs. 1). i 2). Es troba que la variació de la intensitat de la línia espectral de fluorescència de 390,55 nm dels àtoms de silici respon directament a l'eliminació del material de la superfície de SiC CMC en diferents condicions de paràmetres de processament, cosa que és útil per entendre, controlar i optimitzar el procés de processament de fotofilaments de SiC. CMC.
Aquest treball va comptar amb el suport del Programa Nacional de Recerca i Desenvolupament Clau de la Xina, la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina, el Projecte Clau de Cooperació Internacional de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, el Projecte de Ciència i Tecnologia de la Municipalitat de Xangai i el Projecte de Xangai. Assoliment Científic i Tecnològic Transformació i Industrialització.

Fig. 1 (a) Diagrama esquemàtic de la ranura en V processada per filament òptic, (b) i (c) fotografies de la vista superior i la morfologia de la secció transversal de la ranura en V processada per filament òptic, respectivament, (d) fotografies de laterals fluorescència del filament òptic, i (e) i (f) espectres i espectres originals amb eliminació del fons espectral continu de la fluorescència del plasma induïda per la interacció del filament òptic amb SiC CMC, respectivament.

Fig. 2 (a) Morfologia de les ranures CMC de SiC processades per filament lleuger a diferents energies làser, (b) corbes de contorn del perfil de profunditat de la secció transversal de la ranura a 2,4 mJ, (c) variació de l'amplada, profunditat de la ranura, zona afectada per la calor i angle d'inclinació de la paret interior amb l'energia làser, i (d) variació de la intensitat de fluorescència del plasma amb l'energia làser.