关键词： 航空航天工程   碳化硅颗粒增强铝基复合材料   水导激光加工技术   工艺流程   有限元仿真模型  

摘要： 航空航天技术的不断进步促进了具有先进复合材料制备与加工的发展。碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料作为一种新型的复合材料，具有高比强度、高比刚度、良好的导热性能和导电性能等诸多优点，具有广阔的应用前景。但是由于SiCp/Al复合材料中碳化硅(SiC)增强颗粒的高硬度，利用传统机械加工不仅刀具磨损严重，成本较高，而且加工效率相对较低，从而限制了SiCp/Al复合材料的应用。\n 为了解决传统加工方法加工SiCp/Al复合材料的难题，需要研发出具有针对性的、适合于复合材料加工的特种加工方法。水导激光加工(water-jet guided laser)作为先进的微细特种加工技术，结合了水射流加工和传统激光加工两种方法的特点，激光的无接触式加工避免了机械加工中的刀具损耗和宏观作用力，同时水流的冷却作用也使加工质量较传统激光加工有很大的提高。因此，针对SiCp/Al复合材料，开展水导激光微细加工方法的研究具有实际意义与应用价值。\n 本文首先基于现有的传统激光加工设备，进行了激光与水柱耦合装置部分的设计，成功地搭建水导激光加工系统。运用FLUENT流体仿真软件对耦合装置内部耦合腔的流场进行流体仿真分析，并结合试验，验证耦合装置设计的合理性，即能够将液压系统输送来的水流调制成水柱光纤，并保证水柱的稳定性。\n 其次对水导激光微细加工方法进行了相关研究。利用ANSYS有限元软件对水导激光加工的单脉冲打孔及多脉冲切槽进行仿真，在仿真过程中同时考虑激光的热作用与水射流的冷却作用，研究温度场的分布及材料去除情况。建立水导激光脉冲打孔过程中，水流冲击材料的仿真模型，研究水流压力与速度的分布规律。\n 对SiCp/Al复合材料进行仿真研究，建立了两种模拟SiCp/Al复合材料性能的有限元仿真模型。利用建立的模型进行了水导激光加工过程中的传热仿真。通过理论和仿真分析，探讨了传统激光和水导激光加工SiCp/Al复合材料的过程中材料去除机理。\n 最后，调试水导激光加工系统，进行水导激光加工工艺实验研究。应用传统激光和水导激光对不同材料进行打孔及切槽的对比实验，分析实验结果和加工质量，研究相关工艺。利用水导激光加工方法进行实例加工，验证水导激光加工方法的优越性。通过分析SiCp/Al复合材料的加工结果，研究传统激光和水导激光加工SiCp/Al复合材料的材料去除机理。

关键词： 大功率半导体激光   光束变换   聚焦特性   光纤耦合   激光加工  

摘要： 激光加工技术是一种先进的制造技术，在经历了大功率CO2激光制造、大功率固体激光制造后，目前正进入以大功率半导体激光器为基础的新一代激光制造。与其他工业用激光器相比，大功率半导体激光器具有电光转换效率高、寿命长、性能稳定等优点，广泛应用于表面热处理、激光熔覆、激光焊接等领域。但是由于边发射半导体激光器自身结构的特殊性，导致其在平行和垂直于发光结平面的两个方向上光束质量不均匀，光纤耦合效率不高，难以聚焦产生高亮度的光斑，限制了其在很多领域的应用。为了克服半导体激光器自身的缺点，拓展半导体激光器的应用领域，针对大功率半导体激光阵列在光束变换、传输聚焦、光纤耦合等方面的问题，本论文对半导体激光阵列的光束质量改善、光束的传输聚焦特性及其光纤耦合技术进行了系统的理论和实验研究，获得以下研究成果。\n 首先，针对半导体激光阵列快慢轴光束质量不均衡、聚焦后亮度偏低的问题，提出了利用平板玻璃堆和棱镜组合的方法对其进行光束质量改善的方案，并从理论上和实验上对该方案的光束质量改善效果进行了研究，实验证明，该方案的光-光效率达到95％以上。\n 其次，针对目前激光阵列矩形光斑对角线BPPdia的表达式难以反应实际情况的现状，通过理论推导引入像散因子，对矩形光斑对角线BPPdia表达式进行了补充完善，并通过实验对激光光斑进行了光束参数的测量，研究表明，实验测量值与理论推导值相吻合，对表达式的正确性进行了验证。\n 第三，针对激光阵列光束质量改善后快慢轴聚焦光斑尺寸不一致的问题，分别研究了快轴指向性、“smile”效应以及光束质量改善组件对聚焦光斑的影响。提出了半导体激光阵列指向角的概念，并进行了定义。设计了指向角的测量装置，通过对半导体激光阵列参数的理论模拟计算，得到了不同快轴指向角对聚焦光斑尺寸的影响程度，研究表明，实验与理论模拟结果相吻合。\n 最后，通过对半导体激光阵列输出光束特性以及耦合特性的研究，设计了光纤聚焦耦合系统，完成了5kW光纤耦合半导体激光器的研制，将激光耦合进芯径800μm，数值孔径NA0.2的传能光纤中，光纤耦合输出激光功率达到5109W，耦合效率85.69％;系统整体电光转换效率49.48％，插头效率达到42％。

关键词： 脉冲二氧化碳激光技术   钠钙玻璃   氧化铝陶瓷   断裂韧性  

摘要： 玻璃、陶瓷材料广泛应用于显示、能源等行业，这对加工质量提出了更高的要求。传统的加工方法存在着加工质量低下和效率不高等问题，激光加工相对于传统加工方法有许多的优点。但是采用连续激光加工玻璃、陶瓷材料时，温度效应会降低切割质量和切割速度。为了克服温度效应所带来的问题，本论文采用脉冲CO2激光来加工玻璃、陶瓷等脆性材料。\n 首先，建立了有限单元模型，对激光切割玻璃的温度场、应力场进行计算，据此分析应力与温度关系，并且研究不同参数下（激光的平均功率、仿真模型的厚度、扫描速度）温度和应力的变化规律。\n 其次，介绍了脉冲CO2激光器的工作光路，并且研究了脉冲CO2激光器的输出波形和设定参数（激光平均功率、重复频率）的关系。对CNC（Computer Numerical Control）运动平台的运动方式进行了介绍。\n 再次，在不同激光参数（激光的平均功率、扫描速度、重复频率）下，分别研究了切割钠钙玻璃样品上的裂纹扩展方向和裂纹规模，打孔样品上的孔径大小还和打孔所需时间以及裂纹的扩展方向和规模。得出裂纹的扩展方向与规模和热影响区域有关，打孔所需时间和单个脉冲能量有关，孔径尺寸在某个平均功率下取到最小值等结论。\n 最后，为了研究材料性质在激光加工中起到的作用，采用CO2激光分别作用于Al2O3和ZrO2陶瓷。研究了在不同参数（激光平均功率、扫描速度、材料厚度、重复频率）下激光对实验样品作用的效果，在此基础上研究了材料性质的影响，得出Al2O3陶瓷的断裂与它的断裂韧性有关等结论。

关键词： 功能电极   电火花加工   原位合成   钛合金   TiN涂层  

摘要： 针对功能电极电火花诱导烧蚀加工钛合金的表面缺陷,通过原加工系统向加工区域通入氮气,利用电火花放电对烧蚀加工表面进行修整,放电产生的热量促使氮气和钛合金表面材料发生化学反应,原位合成了TiN涂层,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计等检测手段对涂层进行测试.结果表明:加工过程中电火花放电稳定连续,能量利用率较高;涂层致密、均匀、连续,主要由TiN强化相组成,厚度可达400μm以上;TiN涂层显微硬度可达1761.8,是基体硬度的5.7倍;涂层与基体之间形成结合强度高的冶金结合且TiN相分布比较均匀;合成反应对电极有很强的反镀作用,电极端面以TiN强化相为主,能有效地降低电极损耗,同时避免了电极材料对涂层形成的污染,较好地保持涂层中TiN相的纯度.

关键词： 电加工机床  

ISBN: (纸本)9787122198709

摘要： 本书系统地介绍了电火花加工的基本原理、电火花成形加工、高速走丝电火花线切割加工、低速走丝电火花线切割加工、其他电火花加工及复合加工等。本书不仅汇集了世界上电火花加工各种学派的理论, 而且还反映了世界最新的电火花加工技术和装备, 是一部既有理论基础, 又有先进技术和工艺实践的综合性书籍。

关键词： 电气控制   光能加工设备   激光加工   教材   高等职业教育  

ISBN: (纸本)9787121233043

摘要： 本书内容包括低压电气控制、激光设备制冷系统电气控制、激光电源、PLC控制、激光加工设备数控系统、激光加工设备机器人应用、激光加工设备电气控制实例。本书所讲述的理论、设备和案例均取之于实践。本书结构上采取先部分、再总体，先基础知识、再综合应用的形式。

关键词： 钛酸锶单晶   皮秒激光加工   准分子激光器   辐照强度   表面浸润性  

摘要： 本文主要研究激光加工改变钛酸锶(SrTiO3)单晶表面的浸润性。其一，采用波长为1064 nm的皮秒激光器对SrTiO3单晶表面进行刻蚀加工。分别在不同的激光输出功率、激光扫描速度和扫描次数条件下，加工周期性线排列沟槽结构的SrTiO3单晶表面。分析了激光输出功率、激光扫描速度和扫描次数对加工效果的影响。结论表明:周期性线排列沟槽的间隔大小决定表面静态接触角的大小，间隔越小，表面接触角越小。当间隔小于150μm时，加工所得表面为超亲水表面。此结论与Wenzel模型相符，验证了增大表面粗糙度可以增加表面亲水性的理论。同时沟槽尺寸很小，水滴在沟槽表面的迅速铺开也是毛细作用的一种表现。　　其二，采用波长为248nm的准分子激光器对SrTiO3单晶表面进行辐照改性。采用248 nm的准分子激光器，分别在空气、真空和只含有水蒸气的低真空环境下辐照SrTiO3单晶表面。结论表明:激光辐照SrTiO3单晶所得表面的接触角与辐照气氛密切相关。在空气中辐照时，辐照后SrTiO3单晶表面接触角达到20°左右，激光能量越大，达到20°所用的脉冲数越少;改变辐照环境的气压，辐照后样品的接触角随气压降低发生了从20°到72°的变化;在真空下辐照时，SrTiO3单晶的接触角不变;此外，准分子激光辐照SrTiO3单晶得到的亲水性具有时效性，不能长久存在。结合表面吸附理论对准分子激光辐照改变SrTiO3单晶表面浸润性机理进行了分析，研究表明准分子激光辐照加强了SrTiO3吸附水的能力，使其静态接触角变小，亲水性增强。

关键词： 复合电铸   脉冲   超声波   纳米氧化铈   电火花加工  

摘要： 金属电沉积是在电流作用下，液相中的金属离子在阴极还原并沉积为金属的过程。金属电沉积可以在水溶液、有机溶液或熔融盐中进行，在工业生产中有着非常广泛的应用，主要有电冶金、电精炼、电铸和电镀等。复合电铸技术是在现有金属材料不能完全满足工业发展需要而开发出来的一种新技术[1]。该技术基于电沉积原理，在原有电铸液中加入一种或多种非溶性固体颗粒，在沉积过程中，使颗粒与金属离子共同沉积，进而得到的复合电铸层的工艺[2]。 随着零件工作条件的日趋恶劣，对其高温耐磨性能要求不断提高。本文将含稀土的纳米氧化铈（CeO2）颗粒以超声波辅助应用于脉冲电铸铸层中，制备了纳米CeO2增强铜基复合材料用作电火花电极，并着重分析了工艺参数（纳米颗粒添加量、阴极平均电流密度、占空比、脉冲频率等影响因子）对复合材料中CeO2含量的影响,并对复合材料的显微硬度和表面形貌进行分析，测试了硬度、耐腐蚀和耐磨损等性能，分析了其改善性能的机理。本文工作如下： (1)优化工艺参数。在确定电铸液配方后，利用改变工艺参数条件的方法，对各试样的表面粗糙度、复合材料晶粒的大小与致密程度以及氧化铈含量等进行检测。确定复合电铸制备EDM电极的最佳工艺参数：纳米氧化铈颗粒添加量30g/L，阴极的平均电流密度10A/dm2，脉冲频率为2000Hz，占空比0.3，超声波功率50W，电铸液温度35℃。 (2)检测所得复合电铸层。通过对正交试验所制备的复合电铸层进行检测，确定各影响因子对复合电铸层中氧化铈含量的影响，并分析了在氧化铈含量不同时，各复合电铸层的微观形貌、表层硬度、表面粗糙度和耐腐蚀等性能参数，从而制备出基质细密的复合电铸层。晶粒微细、致密并且均匀的复合电铸层，能够提高硬度和耐腐蚀性，以保证所制取的EDM电极性能优良。 (3)电火花电极试验。取正交试验所得电极试样，在较高电极损耗规准下进行电火花试验加工，对电极损耗进行分析比较，得出最佳的氧化铈配比及试验工艺参数。

关键词： 金属材料   快速凝固   激光  

摘要： 快速凝固加工技术能使微晶、非晶、准晶等非平衡新型结构及其它功能材料快速凝固。该技术不仅能提高传统金属的材料性能，还能挖掘现存材料的性能加以利用，并且研究其他高性能材料。如今，快速凝固非平衡材料的理论研究及其技术都已经成为了材料科学与凝聚态物理的重点研究领域之一。实现金属材料快速凝固的基本方法就是激光表面快速凝固，这也是在实现凝固冷却方法中速度最快的一种方法。

关键词： D型光纤   飞秒激光   轮廓线加工   传输特性  

摘要： 以光纤微纳结构为核心的光纤器件是光信息技术发展的支撑。其中,D型光纤以其结构简单、灵敏度高、机械性能好等优点,已被用于制作多种全光纤器件。提高D型光纤的加工精度和加工效率对于集成光学的发展及光纤传感领域的发展具有非常重要的意义。本文结合飞秒激光微纳加工这一前沿技术对D型光纤的加工及传输特性进行研究。 1.提出基于较高能量的飞秒激光轮廓线方法加工D型光纤,实验验证了其可行性。 2.搭建了一套可靠的飞秒激光加工光纤系统。在此基础上,实验研究了不同工艺参数(离焦量、单脉冲能量、扫描速度、加工路径深度)对飞秒激光轮廓线方法加工D型光纤的表面加工质量以及加工深度的影响。在较优的工艺参数下,该轮廓线方法加工的D型光纤表面粗糙度可达170nm左右。多组重复实验结果表明：本文的轮廓线方法在提高加工效率、保证加工精度的同时,还具有较高的可重复性。 3.在建立D型光纤三维光学模型的基础上,基于有限差分光束传输法分析了不同结构参数D型光纤的传输特性。结果表明：填充材料折射率在1.466以下时,各D型光纤传输损耗都几乎为0;折射率在1.466以上时,各D型光纤的传输损耗随着折射率的增大均呈现出先增大后减小的趋势,损耗最大值均出现在折射率1.472处。且在同一折射率下,随着剩余包层厚度的减小、加工长度的增加,D型光纤的传输损耗均会增大。 4.最后对飞秒激光轮廓线方法加工的D型光纤的传输特性进行实验研究,结果表明：实验结果与仿真结果基本一致。由此说明本文提出的飞秒激光轮廓线方法为高性能的D型光纤加工提供了一种高效的新方法。图54幅,表8个,参考文献67篇。