發(fā)布時間：2020-09-18 09:38

　　 金剛石因其具有良好的力、電、熱、光等性能而廣泛應用于精密光學儀器、機械加工及電子元件等領域中。由于金剛石具有極高的硬度和熱穩(wěn)定性,導致金剛石材料在加工過程中存在加工效率低、工具損耗大等一系列加工難題,極大限制了金剛石材料的進一步應用。而傳統(tǒng)硬碰硬的機械加工方法加工質量差、加工周期長,長脈沖激光又由于脈沖寬度長、功率密度低,不可避免存在能量累積,導致長脈沖激光加工過程中出現明顯的熱損傷。飛秒激光因脈寬極短、單脈沖能量極高的特性,能夠有效克服長脈沖激光加工的熱影響,對于高熔點和超硬材料的精密加工具有顯著優(yōu)勢,在單晶金剛石加工方面,少有學者進行研究。鑒于上述情形,本文搭建了一套以超短脈沖飛秒激光器作為光源的單晶金剛石燒蝕加工試驗平臺,并針對單晶金剛石開展了一系列燒蝕試驗研究,在單晶金剛石上進行了成型燒蝕加工,并開展了正負前角單顆粒的滑擦對比試驗。具體工作如下:(1)介紹了金剛石材料加工的難點以及飛秒激光加工技術的特點和應用,闡述了激光加工金剛石材料和飛秒激光加工的研究現狀。搭建了一套由飛秒激光器、2D掃描振鏡、位移運動平臺、視頻顯微鏡、計算機等部分組成,適用于單晶金剛石燒蝕加工的試驗平臺。(2)設計單脈沖和多脈沖累積燒蝕閾值試驗,開展了飛秒激光器燒蝕加工單晶金剛石的燒蝕閾值的試驗研究。采用直線擬合的方法計算出單晶金剛石材料的單脈沖燒蝕閾值和多脈沖累積燒蝕閾值,研究了多脈沖作用下單晶金剛石燒蝕閾值的變化規(guī)律。(3)基于單一變量的試驗原則,分別研究激光平均功率、光斑重疊率和掃描次數對單晶金剛石燒蝕結構的表面質量、燒蝕深度及寬度的影響規(guī)律,獲得了最優(yōu)飛秒激光燒蝕工藝參數組合(激光平均功率為11.1W、光斑重疊率為61.9%、循環(huán)掃描次數為100),在單晶金剛石上制造出具有良好表面質量的凹形結構。(4)通過激光分層成型燒蝕加工,在金剛石磨粒上加工出正前角結構,并制造出具有正前角磨粒的金剛石砂輪。開展了單顆粒正負前角YG8硬質合金的滑擦對比試驗,對比了單顆粒正負前角滑擦試驗結果,分析了劃痕的表面形貌差異,間接地驗證采用正前角金剛石磨粒磨削時能夠顯著降低法向磨削力,改善硬脆材料的表面質量。
【學位單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ163
【部分圖文】：

工難點分為天然與人工合成兩大類，天然中含量卻極為稀少，而且十分昂貴金剛石又可以分為單晶和聚晶金剛石質量更好，不存在不規(guī)則晶界，所主要還是普遍采用傳統(tǒng)的機械加工削加工，使金剛石砂輪與被加工金工作用，從而去除多余的金剛石材.1 所示。但是由于金剛石具有極高的械加工過程中不可避免有機械力的工周期長等一系列加工難題，特別制要求很高[9]，而且很難在金剛石

碩士學位論文工屬于非接觸式加工，與被加工金剛石表面無摩擦阻力，工的缺陷，實現金剛石材料去除，從而達到加工的目的。料普遍還是采用長脈寬激光，相對于飛秒激光，長脈沖激加工材料作用方式為焦耳加熱，并且長脈沖激光脈沖寬度時間長，燒蝕區(qū)域不可避免存在能量累積，導致激光加工應，使加工后金剛石表面出現裂紋、崩邊和變質重凝層等。

碩士學位論文京大學學者 Shoko Odake 等人[17]，采用0kHz，最大輸出功率為 1W 的脈沖飛秒進行了激光切割試驗，圖 1.4 為切割后為：多晶金剛石由于熱導率相對較低，后，兩種金剛石的切槽內都存在 1μm 厚界面呈直線，且粗糙度小于 100nm，而小的凹槽和鋒利的拐角；單晶金剛石切石切槽邊完好。

【參考文獻】

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本文編號：2821477