SIPM досягає прогресу в фемтосекундній лазерній обробці композитів з керамічною матрицею карбіду кремнію

Нещодавно дослідницька група з Державної ключової лабораторії лазерної фізики інтенсивного поля Шанхайського інституту оптичних прецизійних машин (SIPM) Китайської академії наук (CAS) у співпраці з командою академіка Шао-Мінг Донга з Шанхайського інституту of Silicates, CAS тощо, запропонувала та продемонструвала метод моніторингу фемтосекундної лазерної обробки композитів з керамічною матрицею карбіду кремнію (SiC CMC) на основі фемтосекундної лазерної філаментації SiC CMC та моніторингу процесу фемтосекундної лазерної обробки за допомогою індукованої ниткою плазми Запропоновано та продемонстровано метод, заснований на фемтосекундній лазерній філаментаційній обробці SiC ККМ та моніторингу процесу за допомогою індукованої філаментами плазмової флуоресценції. Результати дослідження були опубліковані як «Фемтосекундна лазерна абляція канавок композиту з керамічної матриці SiC та моніторинг канавок за допомогою плазмової флуоресценції» в журналі CCTV. Результати були опубліковані в Ceramics International під назвою «Фемтосекундна лазерна абляція канавок композиту SiC керамічної матриці та моніторинг канавок за допомогою плазмової флуоресценції.
Керамічні матричні композити з карбіду кремнію, як нове покоління термоконструкційних матеріалів, мають значні переваги, такі як низька щільність, стійкість до високих температур, корозійна стійкість, висока міцність тощо, і тому мають великий потенціал для застосування в аерокосмічній, ядерній енергетиці, національній оборона, гіперзвукове транспортування тощо. Висока твердість та анізотропна природа пристроїв з матеріалів SiC CMC висунули більш високі вимоги та виклики для процесів обробки, таких як точна обробка криволінійних поверхонь і глибоких отворів тощо. Результати підсумовані наступним чином. Механічна обробка. Традиційні механічні, гідроабразивні, електроерозійні, ультразвукові та інші технології обробки схильні до задирок, розшарування, тріщин та інших дефектів, і важко реалізувати точну обробку. Очікується, що ультрашвидка лазерна обробка, як нова система «холодної обробки», задовольнить потреби високоточної та навіть надточної обробки SiC CMC.
У цій роботі дослідники за допомогою фемтосекундної лазерної повітряної філаментації, що призводить до високої інтенсивності, великого діапазону взаємодії нитки, використовуючи нитку на поверхні SiC CMC для завершення високоточної обробки канавок, і систематичного вивчення положення нитки, енергія лазерного імпульсу, швидкість сканування і число сканування, ширина нитки, що обробляється, ширина канавки, глибина, зона термічного впливу, кут нахилу внутрішньої стінки та інші параметри. Довгий діапазон взаємодії, характерний для світлової нитки, забезпечує новий спосіб надшвидкої лазерної точної обробки вигнутих поверхонь і глибоких отворів. Дослідження пропонує та демонструє метод моніторингу процесу обробки SiC CMC оптичною ниткою шляхом збору та аналізу флуоресценції плазми, створеної оптичною обробкою SiC CMC у режимі реального часу, наприклад флуоресценції 390,55 нм атомів кремнію (рис. 1). і 2). Виявлено, що зміна інтенсивності спектральної лінії флуоресценції 390,55 нм атомів кремнію безпосередньо реагує на видалення поверхневого матеріалу SiC CMC за різних умов параметрів обробки, що корисно для розуміння, моніторингу та оптимізації процесу обробки фотофіламентів SiC CMC.
Ця робота була підтримана Національною ключовою програмою досліджень і розвитку Китаю, Національним фондом природничих наук Китаю, Ключовим проектом міжнародного співробітництва Китайської академії наук, Науково-технічним проектом муніципалітету Шанхаю та Проектом Шанхаю Трансформація та індустріалізація науково-технічних досягнень.

Рис. 1 (a) Схематична діаграма V-подібної канавки, обробленої оптичною ниткою, (b) і (c) фотографії вигляду зверху та морфології поперечного перерізу V-подібної канавки, обробленої оптичною ниткою, відповідно, (d) фотографії бічних флуоресценція оптичної нитки, а також (e) і (f) оригінальні спектри та спектри з видаленням безперервного спектрального фону плазмової флуоресценції, індукованої взаємодією оптичної нитки з SiC CMC, відповідно.

Рис. 2 (a) Морфологія канавок SiC CMC, оброблених світловою ниткою при різних енергіях лазера, (b) контурні криві профілю глибини поперечного перерізу канавки при 2,4 мДж, (c) зміна ширини канавки, глибини, зона термічного впливу та кут нахилу внутрішньої стінки від енергії лазера та (d) зміна інтенсивності флуоресценції плазми від енергії лазера.