在SiCf/SiC陶矩阵复合材料中改进微孔加工,使用高效的两步激光钻孔
Yue Cao1,2, Bin Wang2,3, Zhehang Li1,2
1College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China.
Micromachines
|April 26, 2025
概括
这项研究介绍了用于碳化纤维/碳化陶矩阵复合材料 (SiCf/SiC CMC) 的两步纳秒激光钻探方法. 优化的工艺实现了高效和高品质的微孔制造,具有干净的侧墙,克服了以前的加工挑战.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 制造业 工程 制造工程
- 激光处理 激光加工
背景情况:
- 碳化纤维/碳化陶矩阵复合材料 (SiCf/SiC CMC) 是以其高性能而闻名的先进材料,但由于其硬度和脆性而存在加工挑战.
- 在SiCf/SiC CMC中高效高品质地制造小尺寸的特征,如微孔,对于其应用至关重要,但在传统方法中仍然很困难.
研究的目的:
- 开发和优化一种新的两步纳米秒激光钻孔技术,用于制造SiCf/SiC CMC中的微孔.
- 研究加工参数对微孔质量和效率的影响.
- 为了实现高质量的微孔加工,清洁的侧墙和最小的缺陷.
主要方法:
- 采用了两步激光钻探过程,包括在空气中进行初始激光预钻,然后用喷水喷气进行激光最终钻探.
- 进行了单参数变化和直角实验,以确定两个钻井步骤的最佳激光参数.
- 优化的关键参数包括处理周期,单脉冲能量,失焦,脉冲重复频率,重叠率和水流速度.
主要成果:
- 在空气中进行预钻的最佳参数 (1000周期,0.7mJ,-4mm失焦,15kHz,85%重叠) 在100秒内产生了343μm入口直径的微孔,但表面有氧化和重塑层.
- 使用喷水器优化最终钻孔参数 (2000周期,0.6mJ,-4mm失焦,10kHz,85%重叠,4.03m/s喷水速度) 在96秒内处理了孔,最终得到了423μm的入口直径和0.36°的收缩角.
- 水喷气有效地去除了喷的渣和氧化物,产生了带有微的干净侧墙,表明加工质量得到了显著改善.
结论:
- 两步激光钻孔方法有效地解决了处理SiCf/SiC CMC的挑战,使得高效和高质量的微孔制造成为可能.
- 水喷气在最后的钻井阶段发挥着至关重要的作用,通过去除污染物和改善表面完整性.
- 该技术为先进的陶矩阵复合材料中微特征的精密制造提供了有前途的方法.
