关键词： 激光加工   微纳米结构   蜂窝状结构   钛合金  

摘要： 材料表面的抗反射性能有着巨大的应用前景，在光、电和传感等方面有着巨大的发展潜力，比如，铝、铜、不锈钢、钛合金，和一些非金属材料晶体硅，砷化镓等。激光制备超高抗反射表面的激光加工工艺是各国研究人员的研究热点，利用激光在材料表面上刻蚀微纳米结构，这些结构大大降低材料对光的反射。本文提出了使用纳秒激光器和飞秒激光器混合制备TC4钛合金，以期实现制备出高效率和高抗反射表面。基于以上思路，本文提出了主要研究两种激光器组合加工TC4钛合金，以此来制备微纳米结构，使其在宽波长200nm-2500nm之间的反射率降低至2%以内并分析其作用机理。主要研究内容如下：　　（1）用纳秒激光在TC4钛合金表面刻蚀槽状结构，该结构的反射率在波长200nm-2500nm都在15%以内，平均反射率达到5.76%。在此基础上再利用飞秒激光对已加工好的槽状结构再加工一次，使其反射率再降低一次，此时在200nm-2500nm波长范围的反射率在12%以内，其平均反射率为3.50%。这是由于纳米级别的槽状结构的陷光性能，令入射的光在槽状结构内反射，随着反射次数的增加，光在传播途中能量减少，只有少部分光被反射出槽装结构。　　（2）由于槽状结构已经降低了钛合金表面对光波的反射率，考虑在槽状结构表面再进行打孔，随着扫描的次数变多，依然是孔状结构。此时在200nm-2500nm波长间的反射率在1.46%~6.41%之间，其平均反射率低至2.36%。此时的孔状结构再经过飞秒激光扫描后，其反射率在200nm-2500nm波长范围内在1.09%-4.99%之间，其平均反射率低至1.87%。　　(3)在实验过程中孔状结构的制备分为两种，一种结构是对齐的孔状结构一种是蜂窝状结构。为了稳定的制备蜂窝状结构，实验使用SAMlight软件设计激光加工路线以此制备稳定的蜂窝状结构，由于路径变长的问题增加扫描次数。此时的反射率在200-2500nm波长范围内反射率达到1.61%-5.62%，平均反射率低至2.59%。在此结构上用飞秒激光再加工后，此时的反射率在1.19%-5.09%内，平均反射率为1.63%。

关键词： 激光加工   还原氧化石墨烯   执行器   仿生超滑表面   信号检测  

摘要： 近年来,具有高度的自主性、适应性和可靠性的智能机器人技术激发了人们的研究兴趣,智能执行器作为智能机器人完成操作任务的关键部分也因此被广泛研究。针对目前常见的石墨烯执行器多层结构容易在频繁发生形变的过程中脱落及表面功能单一的问题,本论文提出利用飞秒激光制备具有仿生超滑表面的石墨烯执行器,利用其进行液滴收集和输运,并进一步地引入液滴信号检测功能。具体内容如下:1.利用飞秒激光直写技术对真空抽滤制备的氧化石墨烯(GO)薄膜进行还原并同步结构化,在GO薄膜上制备具有仿猪笼草微纳结构的激光还原氧化石墨烯(LRGO),得到LRGO/GO双面薄膜。然后在具有微纳多孔结构的LRGO一侧注入润滑油,在范德华力和毛细力的共同作用下,润滑油可以被稳定地吸附在微纳结构中以形成润滑层,得到引入了仿生超滑表面的oil-LRGO/GO薄膜。接着对LRGO/GO双面薄膜两侧表面的结构、表面化学元素组成进行表征与分析,证明了激光加工后的LRGO表面具有微纳多孔结构,而且氧元素含量明显降低。最后对oil-LRGO/GO薄膜的仿生超滑表面的性能进行表征与分析,证明仿生超滑表面具有较低的接触角和滑动角,各种常见液体都可以在该表面滑动。2.对oil-LRGO/GO执行器的湿度响应性能包括湿度弯曲曲率、响应/恢复时间、长期稳定性进行分析研究,证明润滑油的注入不仅不会影响LRGO/GO执行器的柔性,而且由于润滑层的存在进一步隔绝空气,使得oil-LRGO/GO执行器具有更大的湿度响应弯曲曲率、更快的响应/恢复时间以及更好的长期稳定性。然后利用oil-LRGO/GO执行器的湿度响应性能制备了湿度响应仿生花瓣、仿青蛙舌头执行器,利用oil-LRGO/GO执行器的湿度响应性能与仿生超滑表面的协同作用,制备了可用于液滴收集的仿花朵执行器以及能够通过调控湿度控制液滴的滑动方向的仿捕蝇草执行器。此外,通过进一步地将oil-LRGO/GO执行器与摩擦电纳米发电机原理结合,制备了具有液滴信号检测功能的执行器,使其能够在收集与运输液滴的同时实现液滴信号的感知。综上,本论文利用飞秒激光直写技术还原并结构化GO薄膜,构建具有仿生超滑表面的oil-LRGO/GO执行器,将石墨烯执行器与仿生超滑表面集成,使其不仅可以完成湿度响应形变,还可以实现液滴的收集与输运,而且利用摩擦电纳米发电机原理,将液滴滑过仿生超滑表面时产生的电信号作为执行器对液滴信号的感知,在微流控、液滴定向输运等方面有重要应用潜力,为实现多功能的智能执行系统以及智能机器人提供了新的解决方案。

关键词： 磁场   电火花加工   材料去除率   表面磁通密度   表面粗糙度  

摘要： 烧结钕铁硼作为常见的永磁材料之一,是由钕、铁、硼组成的四方晶系晶体,具有很高的磁能积。该材料的优点是制作成本低廉、体积小、能量密度高等;但其缺点也很明显,脆性大、难加工、热稳定性差。烧结钕铁硼属于典型的难加工材料,采用传统的加工方法加工困难。国内外学者对烧结钕铁硼的加工方法和加工后的磁学性能研究较少。本研究针对烧结钕铁硼材料的特点,利用电火花加工的非接触式加工方式,将磁场作为辅助手段,实现烧结钕铁硼高效率、高质量、高性能的加工。本研究分析横向磁场和纵向磁场辅助电火花加工的加工机理,并推导得出放电通道内带电粒子在电场力和磁场力综合作用下的运动轨迹。研究发现,横向磁场的作用会使带电粒子的运动轨迹发生偏移,而纵向磁场的作用可以使带电粒子的运动呈现螺旋状,磁场通过增加粒子在放电通道内的碰撞机会使放电能量提高。在理论基础上,搭建试验平台,分别形成横向磁场和纵向磁场,通过改变磁场的磁感应强度、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等参数,试验研究加工参数对加工效率的影响。分析横向磁场和纵向磁场辅助电火花加工的加工效率变化规律,并与无磁场电火花加工进行对比。试验结果表明,横向磁场和纵向磁场均会提高加工效率,横向磁场的加工效率高于纵向磁场和无磁场电火花加工。电火花加工作为热加工方法,会对烧结钕铁硼的表面磁通密度产生影响,且影响具有规律性。通过试验研究方法,研究了横向磁场和纵向磁场的磁感应强度、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等加工参数对烧结钕铁硼电火花加工表面磁通密度的影响规律。研究发现,表面磁通密度受热影响较大,在电火花加工中放电能量越大,对钕铁硼表面磁通密度的影响越明显。横向磁场和纵向磁场可以减缓加工表面磁通密度下降幅度,纵向磁场电火花加工的表面磁通密度高于横向磁场和无磁场电火花加工。表面质量是电火花加工效果研究的重要指标。研究对比横向磁场、纵向磁场和无磁场电火花加工的表面粗糙度、表面形貌、断面等。研究发现,横向磁场电火花加工的表面粗糙度低于纵向磁场和无磁场电火花加工,且其表面重铸层的厚度较薄。无磁场时表面微裂纹和气孔较多。分析发现,横向磁场和纵向磁场具有减少表面微裂纹和气孔的作用。

关键词： 纳秒激光   IN718高温合金   动态液体   化学液   微孔  

摘要： 航空发动机涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件,被誉为“皇冠上的明珠”,承担着将高温燃气转化为动能为飞机提供动力的功能,是发动机先进程度的重要标志。为了提高涡轮叶片的使用寿命和工作稳定性,需要采用气膜孔冷却技术,航空发动机在工作过程中,空气流经微孔形成气膜起到冷却和保护叶片作用;气膜孔直径小、数量多、空间角度复杂,加工质量要求高,传统的钻头钻孔、电火花加工和电化学加工等微孔加工技术很难满足现阶段高质量气膜孔需求。作为一种特种加工技术,激光加工利用高能量的激光束聚焦于材料表面,使材料发生熔融溅射和气化,从而实现孔的加工,虽然加工效率高,但加工出的微孔孔壁存在热影响区、重铸层和微裂纹等缺陷层。为了消除激光加工微孔带来的缺陷层,必须探寻新的加工方法,才能实现高温合金叶片气膜孔的高效高质量加工,推动我国航空发动机整体制造水平的发展。本文针对高质量涡轮叶片气膜孔的加工需求,提出动态液体辅助激光加工新方法,以IN718高温合金为研究对象,对动态水流和动态化学液辅助激光加工微孔机理及工艺进行了研究,并通过工艺优化最终获得无重铸层、微裂纹等缺陷的高质量微孔。首先,总结概述了液体辅助激光加工技术研究现状,分析了现有液体辅助激光加工方式的优点和不足。探讨了金属材料对激光的吸收特性、激光与金属材料相互作用机理以及激光加工微孔的过程和方式,并对激光在水中的传输特性以及液体辅助激光加工的机理进行了总结和分析。其次,对纳秒激光加工IN718高温合金微孔进行了研究。通过脉冲激光叩击式打孔试验,探究了空气中IN718高温合金在纳秒激光辐照下的烧蚀阈值,分析了多脉冲、离焦量和脉冲序列对孔的烧蚀特性影响规律,阐明了纳秒激光对IN718高温合金材料的去除机理。接着对轮廓迂回填充式激光加工微孔方法进行了试验探究,研究了激光工艺参数(扫描速度、重复频率、离焦量、加工次数)对孔的影响规律,通过单因素分析法,得到最佳的激光工艺参数组合如下:功率为100W,扫描速度为20mm/s,频率为50k Hz,加工次数为3,直线填充间距为20μm,离焦量为200μm,此时孔的锥度最小为0.125。再次,为了消除纳秒激光在空气中加工微孔带来的微裂纹、热影响区和重铸层等缺陷,提出动态液体辅助激光微孔加工技术,分别对动态水流辅助激光和动态化学液辅助激光加工微孔进行了研究。首先采用动态水流辅助激光叩击式打孔方式,研究了激光功率、加工次数等工艺参数对孔径、孔深和形貌的影响,并与激光在空气中打孔效果进行对比,结果表明动态水流辅助激光微孔加工技术可有效减小热影响区,提高微孔加工质量和效率。然后对动态化学液辅助激光加工技术进行了探究,选配出2 mol/L HCl和4 mol/L Na NO混合溶液满足常温下不与IN718高温合金基体材料反应,高温下与其反应的特性。研究了动态化学液辅助激光打孔过程中溶液喷出流量和偏移距离对孔径和锥度的影响规律,结果表明,改变溶液喷出流量和偏移距离会影响动态液膜对材料的冲击去除效果和冷却效果,对加工后孔的入口直径和出口直径影响较大。利用扫描电镜和激光共聚焦显微镜检测了在空气、动态水流辅助和动态化学液辅助条件下激光加工微孔的孔口和孔壁形貌,发现动态化学液辅助激光加工出的孔口无重铸堆积,孔壁不存在重铸颗粒缺陷,但该方法加工的微孔非常规圆柱形微孔,锥度较大。最后,为了改善动态化学液辅助激光加工微孔的锥度,对动态化学液辅助激光加工进行了工艺优化研究,分两步进行:第一步利用激光在空气加工出锥度小的预通孔,为了消除微孔的微裂纹和重铸层等缺陷,第二步引入预配置化学液形成动态液膜覆盖加工区域,化学液在激光辐照下,温度升高,加速化学液与微孔内重铸层的反应速度,实现激光对微孔的可控修形。研究了工艺优化参数(修孔圆直径、激光功率、重复频率、离焦量)对微孔质量的影响规律。结果表明,激光功率120W、重复频率50k Hz、离焦量-400μm时采用叩击方式进行优化加工,优化加工后微孔表面光滑,孔内壁无重铸颗粒堆积,孔型好且锥度最小为0.123。本文研究了动态液体辅助激光加工IN718高温合金微孔机理、影响参数和加工工艺,最终实现无裂纹、无重铸层、热影响区小、锥度小的高质量微孔加工,为实现纳秒激光加工高质量气膜孔提供了重要的理论支撑和试验依据,对提升我国航空发动机的整体制造技术水平具有十分重要的理论意义和实用价值。

关键词： 激光加工   激光增材制造   标准焓   熔池形貌   沉积层形貌  

摘要： 激光加工过程中涉及到众多工艺参数,这些工艺参数会对熔池形貌造成不同的影响,更简便更准确的度量准则可以为工艺优化及反馈控制等提供便利。标准焓因其简便性及准确性近年来被广泛应用于激光焊接与选择性激光熔化(SLM)领域来判断熔池形貌及小孔转变阈值等,但是却存在一些问题导致物理意义不明确和适用性不强,也较少应用于直接能量沉积(DED)领域。因此本文将重新建立标准焓度量准则,并更广泛的应用于各种加工场景,包括判断DED的沉积层形貌。本文构建了基于传导模式传热解析模型的具有明确物理意义的标准焓度量准则,定量建立了传导模式下标准焓与熔池深度和宽度之间的关系。排除了传统标准焓公式中物理意义不明确的形状因子量的影响。经实验验证适用于不同材料、不同设备、不同加工状况。构建了基于小孔模式二维传热解析模型的标准焓度量准则,定量建立了小孔模式无量纲深度与标准焓的关系。假设小孔模式转变阈值为气液界面达到光斑半径时,从而确定了小孔模式的转变阈值。验证了对流会使标准焓与熔池宽度与深度的对应数值关系产生误差,但可基于本文推导过程总结的度量准则带入实验数据进行拟合修正。在传热模型的基础上,结合质量守恒定律与双热源模型,建立了适用于直接能量沉积的标准焓的度量准则,解决了传统标准焓无法考虑送粉率的问题,度量准确度高。

关键词： 激光表面微加工   椭圆微坑阵列   加工工艺   动压润滑   贫油润滑  

摘要： 随着国家和社会对内燃机节能减排和高指标性能的要求,内燃机中缸套活塞环摩擦副所面临的工作工况愈加的恶劣,缸套活塞环系统的磨损已经成为决定内燃机寿命的关键因素。在摩擦副表面加工微坑织构已经成为现有润滑减磨最有效的手段。而现有的针对缸套活塞环微坑织构,受限于加工方式的限制,微坑形貌大多以圆形微坑为主,对异形微坑特别是椭圆形微坑的研究较少,而在仿真研究中椭圆微坑较圆形微坑有更好的润滑减磨性能。故本文以WR703系列柴油机为研究对象,对椭圆微坑织构激光加工工艺及其摩擦磨损性能进行研究。1.叙述了激光加工微坑织构机理。通过对几种常见缸套金属材料进行工艺适用性实验,发现不同金属材料表面微坑深度不同,但整体轮廓、几何特征也具有较好的规律性,证明了激光加工微坑织构工艺具有良好的工艺稳定性和材料适用性。2.对激光加工微坑织构工艺影响规律进行研究,结果表明:环形填充加工较其他三种填充加工的微坑可以获得更好的微坑形貌。微坑长径截面最大深度和微坑长径截面面积随填充线宽减小而增大,最大深度达到218μm。扫描速度对微坑形貌的影响与填充线宽有关,当填充线宽较小时,深度和面积随着扫描速度的增大先增大后减小,其拐点在400 mm/s。当填充线宽较大时,微坑深度和面积与扫描速度成反比。激光频率对深度和面积的影响有限,最大面积变化率仅为5.61%,其作用主要表现在随着频率的增大,微坑底部更加趋于平缓。3.从动压润滑的角度出发,引入三维计算流体动力学仿真,通过建立摩擦副表面微坑阵列的润滑模型,探究微坑几何参数对动压润滑性能的影响。通过仿真得出在本文的实验范围内,椭圆倾斜角为0°、微坑深度为15μm、面积占有率为13%最优参数,平均油膜压力最大,可以有效的提高油膜承载力,且发现给定初速度越大,油膜承载能力越强。4.从贫油润滑的角度出发,设计了摩擦磨损的试验方案,研究不同密度不同深度的微坑阵列对摩擦副磨损性能的影响。发现相对于无微织构的试样,有微坑阵列织构几种试样都表现出优于无织构试样的抗磨损性能。面积占比为13%的微坑织构表现出更优的抗磨损性能。而微坑深度对贫油润滑的抗磨损性能影响较小。

关键词： 柔性压力传感器   压阻传感器   激光加工   微结构   多级微结构  

摘要： 柔性压力传感器由于其体积小巧、结构柔韧灵活、灵敏度高等优点,在电子皮肤、可穿戴电子、机器人控制等领域表现出明显的应用价值。在几类柔性压力传感器中,柔性压阻传感器具有结构简单、可检测静态力、抗干扰强的优点,同时,得益于各种新型功能材料的发现与合成,柔性压阻传感器已得到越来越广泛的研究和应用。本文利用激光加工的方法,获得了具有单级/多级微结构柔性压阻传感器,并开展了微结构加工、工艺参数选择、接触力学仿真、传感器性能测试、传感器应用展示等方面研究工作,具体如下:1.微结构的接触力学仿真。在制备多壁碳纳米管(MWCNTs)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)导电复合材料(MPC)并测得其力学性能的基础上,开展了微结构压阻基底与基板之间的接触力学仿真,研究了单级/多级微结构在接触形变、应力分布上的特点,进一步讨论了微结构与基板之间的接触面积随压力的变化,揭示了微结构特征对接触面积的影响,并预测其对接触电阻的影响。由于二级微结构的高柔性和横向膨胀效应,随着压力的增大,多级微结构与基板的接触面积表现出比单级微结构更加明显的变化,这将使得传感器中产生显著的接触电阻变化。2.单级微结构柔性压阻传感器的激光加工及性能研究。采用激光直写的方式,获得了微结构柔性压阻基底和叉指电极,封装得到柔性压阻传感器。研究了激光加工参数对微结构表面形貌的影响,以及激光加工参数、叉指电极的绝缘沟道形状、微结构间距等因素对传感器性能的影响,确定了单级微结构柔性压阻传感器的最优加工参数。3.多级微结构柔性压阻传感器的激光加工及性能研究。在单级微结构表面,采用激光网格化标刻的方式进行二级微结构的加工,获得了一种多级微结构。通过对微结构表面形貌的分析比较,确定了二级微结构网格化标刻的较优参数。通过光学显微镜观测到微结构与基板间接触面积的变化特征与仿真一致,并通过实际实验,验证了多级微结构柔性压阻传感器具有更高的灵敏度和更短的响应时间等优势。4.柔性压阻传感器的应用研究。将传感器与LED串接至电路中,通过传感器的压阻效应实现LED亮度控制;将传感器贴附于体表桡动脉附近,可测得脉搏压力及各特征波;将传感器贴附于脖颈声带附近,可采集并识别发声时的语音信号。本文所述传感器在灵敏度和检测范围方面表现突出,且激光加工的方法具有工艺简单、加工高效、分辨率高、成本相对低、材料普适性好的突出优点,在可穿戴柔性电子方面具有广阔的应用前景。

关键词： 皮肤损伤   天然生物修复膜   飞秒激光   胶原   成纤维细胞  

摘要： 目前,由于各种原因导致的皮肤损伤是临床上较为常见的病症,这给患者带来了身体上的疼痛和精神上的压力,大面积的皮肤损伤还有可能引发并发症,严重的会给患者带来生命危险。皮肤移植物的应用提高了患者的治愈率。自体皮移植是临床上的首选,但对于供体部位面积有限的患者来说,急需一种新的皮肤替代物。敷料是皮肤替代物的常见形式,主要包括:（1）胶原、明胶、壳聚糖及各种聚合物制备的海绵敷料;（2）保留了真皮层天然结构的异种脱细胞真皮基质。相对来说,后者在保留皮肤天然结构和成份的基础上,机械性能也得到了很大提高,是一种具有巨大潜力的材料。本课题的研究对象天然生物修复膜即为一种牛源脱细胞真皮基质。在制备过程中,天然生物修复膜保留胶原分子结构,是决定其是否能发挥生物活性的关键步骤,制备出大块生物修复膜之后,切割成所需尺寸、及在其上打孔的步骤也极为重要,不当的加工方式可能会导致有效成分胶原变性,从而失去生物活性。本课题利用飞秒激光对天然生物修复膜进行切割加工,主要研究内容包括:（1）飞秒激光加工参数优化:通过多次试验得出最优功率18.45W、扫描速度300mm/s、频率200KHz、扫描次数30次或60次,对生物修复膜进行切割,利用扫描电镜和超景深三维显微系统对切割界面进行观察,发现采用最佳激光参数时飞秒激光可以切割出表面质量良好的边缘,基本不产生碳化,且边缘整齐无皱缩。（2）能谱分析和元素分析显示两组材料的组成元素均为C、H、O、N,其中C元素含量最多,证明激光加工不会影响被加工界面的元素种类及含量;利用傅里叶变换红外光谱、紫外可见吸收光谱和圆二色谱对材料在不同波段的特征吸收进行了表征,结果表明被加工界面的材料在三种不同波段光的特征吸收均符合天然胶原的特征;通过物理性能和机械性能试验分析得出,激光加工的生物修复膜在吸水性、抗拉强度、聚集能力、热性能和p H值方面都与机械加工的相差不大,均符合对生物敷料的要求;激光加工的生物修复膜的酶降解速率会略快于机械组,机械组在第6h后才开始降解,而激光组在第6天已经降解了7.01%,两组均在72h时降解均超过50%。（3）生物相容性试验中采用人真皮成纤维细胞,在生物膜与细胞共培养过程中选取时间点进行观察,发现随着培养时间的增加细胞密度随之增大,细胞愈加伸展,细胞形态及生长情况未见明显异常变化;CCK-8细胞增殖检测结果显示在不同时间点激光组和机械组的细胞数量均高于空白对照组,在第7天时两组的细胞数目相比于对照组具有显著性差异;钙黄绿素/乙锭均二聚物双荧光染色显示激光组的活细胞数目和密集度最高,细胞呈长梭形或多角形,胞核呈圆形或椭圆形,胞核明显,细胞质内含丰盈,其次是机械组,最后是空白对照组。证明激光加工的生物膜仍然保留了胶原的生物相容性,有利于人真皮成纤维细胞的黏附和增殖。本课题研究为说明飞秒激光是否适合用于天然生物修复膜的加工提供了依据。为下一步的动物实验创造了基础和前提。

关键词： 激光加工   立体印刷  

ISBN: (纸本)9787518977598

摘要： 2021年广东省激光与增材制造产业发展报告是在广东省科技厅委托与指导下, 广东省科学技术情报研究所、广东省科学院、广东省激光行业协会联合省内行业相关专家团队精心打造地方产业发展报告。本报告重点围绕市场、政策、区域、行业、企业、高校院所等产业发展要素, 通过广泛调研, 采用文献计量、数据挖掘、专题邀稿等方式, 全面摸清全省激光与增材制造产业发展的现状、趋势与需求, 形成综合篇、政策篇、区域篇、能力篇等。

关键词： SiC/Al复合材料   混粉电火花加工   热力学仿真   极性效应   正交试验   灰色关联分析  

摘要： SiC/Al复合材料以其良好的工艺性能而备受关注,在机电工程、化工材料、航空航天等领域应用广泛。因其硬度大,采用传统的机械加工方式,会导致刀具磨损严重、加工难度大、加工效率低等问题频发;电火花加工虽可实现对该复合材料的加工,但亦存在加工效率低、表面质量差等缺点。为有效提高SiC/Al复合材料的加工质量与效率,本文提出了混粉电火花加工的方式。在综合分析研究国内外相关文献的基础上,以SiC/Al复合材料为研究对象,开展了SiC/Al复合材料混粉电火花加工热力学仿真研究,进行了混粉电火花加工极性效应研究,完成了常规电火花加工及混粉电火花加工工艺试验,并采用灰色关联法对混粉电火花加工试验结果进行了多工艺目标参数优化。具体研究内容如下:首先,研究了混粉电火花加工方法与SiC/Al复合材料的发展与应用现状,建立了SiC/Al复合材料混粉电火花加工的热力学仿真模型,分析在不同的峰值电流与SiC含量下,SiC/Al复合材料混粉电火花加工的热力学变化规律,为后续的工艺试验研究提供了理论依据。其次,对SiC/Al复合材料混粉电火花加工的正负极性开展了研究。在脉宽75 μs、脉间125 μs、峰值电流8 A、粉末浓度6 g/L的加工条件下,分别采用SiC含量为5%、10%、15%与20%的SiC/Al复合材料,分别进行混粉电火花加工的正负极性对比试验,研究了不同加工极性对加工时间、材料去除率、电极相对损耗率及工件表面质量的影响规律。最后,完成了 SiC/Al复合材料混粉电火花加工的工艺试验研究。通过对电火花加工及混粉电火花加工正交试验的结果进行对比分析,直观表明了混粉电火花加工在效率和性能上的优越性。研究了脉宽、脉间、峰值电流和粉末浓度对加工时间、材料去除率、电极相对损耗率及工件表面质量的诸多影响,利用灰色关联法实现对混粉电火花加工工艺试验结果的多工艺目标参数优化。获得的最优参数组合为:脉宽25μs,脉间125 μs,峰值电流16 A,粉末浓度10 g/L,且对综合工艺指标影响由大到小的排序为:粉末浓度＞峰值电流＞脉冲宽度＞脉冲间隔。通过理论研究和试验结果表明:采用混粉电火花加工方法,使得材料去除率提高了69.88%,电极相对损耗率降低了 34.91%,表面粗糙度降低了 41.77%,灰关联度提高了10.47%,有效地提高了加工质量和效率,为后续SiC/Al复合材料的混粉电火花加工提供了理论及实验依据。