SIPM fa progressi nella lavorazione laser a femtosecondi di compositi a matrice ceramica di carburo di silicio

Recentemente, un gruppo di ricerca dello State Key Laboratory of Intense-Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optical Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), in collaborazione con un team dell'accademico Shao-Ming Dong dell'Istituto di Shanghai di Silicati, CAS, ecc., ha proposto e dimostrato un metodo per monitorare la lavorazione laser a femtosecondi di compositi a matrice ceramica di carburo di silicio (SiC CMC) basato sulla filamentazione laser a femtosecondi di SiC CMC e il monitoraggio del processo di lavorazione laser a femtosecondi attraverso plasma indotto dal filamento Viene proposto e dimostrato un metodo basato sull'elaborazione della filamentazione laser a femtosecondi di SiC CMC e sul monitoraggio del processo mediante fluorescenza al plasma indotta dal filamento. I risultati dello studio sono stati pubblicati come "Femtosecond laser filament ablated grooves of SiC ceramic Matrix Composite and its Grooving Monitoring by Plasma Fluorescent" sulla rivista CCTV. I risultati sono stati pubblicati su Ceramics International con il titolo "Golature ablate con filamento laser a femtosecondi del composito a matrice ceramica SiC e monitoraggio della scanalatura mediante fluorescenza al plasma".
I compositi a matrice ceramica di carburo di silicio, in quanto nuova generazione di materiali strutturali termici, presentano vantaggi significativi come bassa densità, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, elevata resistenza, ecc., e quindi hanno un grande potenziale per l'applicazione nel settore aerospaziale, dell'energia nucleare, nazionale difesa, trasporto ipersonico, ecc. L'elevata durezza e la natura anisotropa dei dispositivi in ​​materiale SiC CMC hanno presentato requisiti e sfide più elevati per i processi di lavorazione come la lavorazione di precisione di superfici curve e fori profondi, ecc. I risultati sono riassunti come segue. Lavorazione. Le tradizionali tecnologie meccaniche, a getto d'acqua, per elettroerosione, a ultrasuoni e altre tecnologie di lavorazione sono soggette a bave, delaminazione, crepe e altri difetti ed è difficile realizzare lavorazioni di precisione. Si prevede che la lavorazione laser ultraveloce, come nuovo sistema di "lavorazione a freddo", soddisfi le esigenze di lavorazione CMC SiC ad alta precisione e persino sovraprecisione.
In questo lavoro, i ricercatori attraverso la filamentazione dell'aria con laser a femtosecondi, ottenendo un'elevata intensità e un lungo intervallo di interazione del filamento, utilizzando il filamento nella superficie CMC SiC per completare l'elaborazione della scanalatura ad alta precisione e lo studio sistematico della posizione del filamento, energia dell'impulso laser, velocità di scansione e numero di scansione della larghezza della scanalatura lavorata con filamento, profondità, zona interessata dal calore, angolo di inclinazione della parete interna e altri parametri. L'ampio raggio di interazione caratteristico del filamento luminoso offre un nuovo modo per la lavorazione laser di precisione ultraveloce di superfici curve e fori profondi. Lo studio propone e dimostra un metodo di monitoraggio per il processo di elaborazione del filamento ottico SiC CMC mediante filamento ottico raccogliendo e analizzando la fluorescenza del plasma generata dall'elaborazione del filamento ottico di SiC CMC in tempo reale, come la fluorescenza a 390,55 nm degli atomi di silicio (Fig. 1 e 2). Si è scoperto che la variazione dell'intensità della linea spettrale di fluorescenza di 390,55 nm degli atomi di silicio risponde direttamente alla rimozione del materiale superficiale del SiC CMC in diverse condizioni dei parametri di lavorazione, il che è utile per comprendere, monitorare e ottimizzare il processo di lavorazione del fotofilamento del SiC CMC.
Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma nazionale chiave di ricerca e sviluppo della Cina, dalla Fondazione nazionale cinese per le scienze naturali, dal Progetto chiave di cooperazione internazionale dell'Accademia cinese delle scienze, dal Progetto scientifico e tecnologico della municipalità di Shanghai e dal Progetto di Shanghai Risultati scientifici e tecnologici, trasformazione e industrializzazione.

Fig. 1 (a) Diagramma schematico della scanalatura a V elaborata mediante filamento ottico, (b) e (c) fotografie della vista dall'alto e della morfologia in sezione trasversale della scanalatura a V elaborata mediante filamento ottico, rispettivamente, (d) fotografie delle parti laterali fluorescenza del filamento ottico e (e) e (f) spettri originali e spettri con rimozione del fondo spettrale continuo della fluorescenza del plasma indotta rispettivamente dall'interazione del filamento ottico con SiC CMC.

Fig. 2 (a) Morfologia delle scanalature SiC CMC lavorate da filamenti luminosi a diverse energie laser, (b) curve di contorno del profilo di profondità della sezione trasversale della scanalatura a 2,4 mJ, (c) variazione della larghezza e della profondità della scanalatura, zona influenzata dal calore e angolo di inclinazione della parete interna con l'energia laser e (d) variazione dell'intensità della fluorescenza del plasma con l'energia laser.