SIPM napreduje pri femtosekundni laserski obdelavi kompozitov keramične matrice iz silicijevega karbida

Nedavno je raziskovalna skupina iz Državnega ključnega laboratorija za lasersko fiziko intenzivnega polja, Šanghajski inštitut za optično precizne stroje (SIPM) Kitajske akademije znanosti (CAS) v sodelovanju z ekipo akademika Shao-Ming Donga s Šanghajskega inštituta of Silicates, CAS itd., je predlagal in prikazal metodo za spremljanje femtosekundne laserske obdelave kompozitov s keramično matriko iz silicijevega karbida (SiC CMC), ki temelji na femtosekundni laserski filamentaciji SiC CMC in spremljanje femtosekundnega laserskega postopka obdelave s pomočjo plazme, inducirane z nitjo. Predlagana in prikazana je metoda, ki temelji na femtosekundni laserski filamentacijski obdelavi SiC CMC in spremljanju procesa s filamentno inducirano plazemsko fluorescenco. Rezultati študije so bili objavljeni kot "Femtosekundni laserski ablirani žlebovi keramičnega matričnega kompozita SiC in spremljanje žlebljenja s plazemsko fluorescenco" v reviji CCTV. Rezultati so bili objavljeni v Ceramics International pod naslovom Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC ceramic matrix composite and its grooving monitoring by plasma fluorescence.
Keramični matrični kompoziti iz silicijevega karbida, kot nova generacija termičnih strukturnih materialov, imajo pomembne prednosti, kot so nizka gostota, visoka temperaturna odpornost, odpornost proti koroziji, visoka trdnost itd., in imajo zato velik potencial za uporabo v vesolju, jedrski energiji, nacionalni obramba, hiperzvočni transport itd. Visoka trdota in anizotropnost naprav iz materiala SiC CMC sta postavili višje zahteve in izzive za obdelovalne procese, kot je natančna obdelava ukrivljenih površin in globokih lukenj itd. Rezultati so povzeti, kot sledi. Strojna obdelava. Tradicionalne mehanske, vodni curki, EDM, ultrazvočne in druge tehnologije obdelave so nagnjene k neravninam, delaminaciji, razpokam in drugim napakam, zato je težko uresničiti natančno obdelavo. Ultrahitra laserska obdelava, kot nov sistem »hladne obdelave«, naj bi zadostila potrebam po visokonatančni in celo nadnatančni SiC CMC obdelavi.
V tem delu so raziskovalci s pomočjo femtosekundne laserske zračne filamentacije, ki ima za posledico visoko intenzivnost in dolg razpon interakcije filamenta, z uporabo filamenta na površini SiC CMC za dokončanje visoko natančne obdelave utorov in sistematično študijo položaja filamenta, energija laserskega impulza, hitrost skeniranja in številka skeniranja širine žarilne nitke, obdelane širine utora, globine, območja toplotnega vpliva, kota naklona notranje stene in drugih parametrov. Dolg medsebojni razpon, značilen za svetlobno nitko, zagotavlja nov način za ultrahitro lasersko natančno obdelavo ukrivljenih površin in globokih lukenj. Študija predlaga in prikazuje metodo spremljanja procesa obdelave SiC CMC z optičnim filamentom z zbiranjem in analizo plazemske fluorescence, ki nastane pri obdelavi optičnih filamentov SiC CMC v realnem času, kot je 390,55 nm fluorescenca atomov silicija (sl. 1 in 2). Ugotovljeno je bilo, da se spreminjanje intenzitete 390,55 nm spektralne črte fluorescence atomov silicija neposredno odziva na odstranitev površinskega materiala SiC CMC pod različnimi pogoji parametrov obdelave, kar je koristno za razumevanje, spremljanje in optimizacijo procesa obdelave fotofilamentov SiC CMC.
To delo so podprli Nacionalni ključni raziskovalni in razvojni program Kitajske, Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske, Ključni projekt mednarodnega sodelovanja Kitajske akademije znanosti, Znanstveno-tehnološki projekt občine Šanghaj in Projekt Šanghaj Znanstveni in tehnološki dosežki Transformacija in industrializacija.

Slika 1 (a) Shematski diagram V-utora, obdelanega z optičnim filamentom, (b) in (c) fotografiji pogleda od zgoraj in morfologije prečnega prereza V-utora, obdelanega z optičnim filamentom, (d) fotografiji stranskih fluorescenca optičnega filamenta ter (e) in (f) originalni spektri in spektri z odstranitvijo kontinuumskega spektralnega ozadja plazemske fluorescence, ki jo povzroča interakcija optičnega filamenta s SiC CMC.

Slika 2 (a) Morfologija utorov SiC CMC, obdelanih s svetlobnim filamentom pri različnih laserskih energijah, (b) konturne krivulje globinskega profila prečnega prereza utora pri 2,4 mJ, (c) variacija širine utora, globine, toplotno prizadeto območje in kot naklona notranje stene z lasersko energijo ter (d) spremembo intenzivnosti fluorescence plazme z lasersko energijo.