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用于改进蓝宝石化学机械抛光（CMP）的新型聚电解质-Al2O3/SiO2复合纳米磨料
摘要： 一种具有优异分散性和卓越抛光性能的新型聚电解质-Al2O3/SiO2复合纳米颗粒通过简便方法成功制备。二氧化硅通过共价键与氧化铝结合并通过静电作用吸附聚电解质，起到双功能分子作用。该聚电解质-Al2O3/SiO2磨料的材料去除率比纯Al2O3磨料高30%，且蓝宝石表面更为光滑。研究采用微接触与磨损模型探究了化学机械抛光过程中的材料去除机制，去除率提升主要归因于良好分散的颗粒能加速机械去除过程，而异常光滑的表面则源于磨料对晶圆穿透深度的减小。本研究结果为满足蓝宝石平坦化的高效无损抛光需求提供了可行策略。
关键词： 化学机械抛光、复合磨料、聚电解质、表面粗糙度、蓝宝石、材料去除率
更新于2025-09-23 15:22:29
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采用响应面法与满意度函数对硬性隐形眼镜聚合物单点金刚石车削加工参数进行建模与多响应优化
摘要： 在各种传统隐形眼镜制造技术中，单点金刚石车削（SPDT）是近年来发展起来的一种超精密加工技术，因其能制造具有纳米级精度和复杂形状的高光学表面，被用于先进隐形眼镜的制造。SPDT被视为光学工业中生成高质量功能表面的有效工艺。然而，尽管超精密加工技术不断进步，要实现高质量表面光洁度与最高生产率并非易事。切削参数——即切削速度、进给率和切削深度——在决定加工经济性和质量方面起主导作用。本研究聚焦于使用单晶金刚石刀具对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）隐形眼镜聚合物进行SPDT时，通过响应面法（RSM）结合期望函数法，确定能实现最小表面粗糙度、最小静电荷及最大生产率的最优切削条件。此外，利用Design-Expert软件，通过RSM回归分析为硬性隐形眼镜聚合物建立了表面粗糙度（Ra）、静电荷（ESC）和材料去除率（MRR）的数学模型。RSM优化了切削条件，以实现最小表面粗糙度、最小静电荷和最大材料去除率，从而为工艺参数提供了有效的知识基础，以提升隐形眼镜聚合物SPDT的加工性能。
关键词： 静电荷，响应面法，材料去除率，表面粗糙度与优化，聚甲基丙烯酸甲酯隐形眼镜聚合物，单点金刚石车削
更新于2025-09-23 15:22:29
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利用二氧化碳激光辅助抛光提高材料去除率实现碳化硅（SiC）球面镜及表面图案化
摘要： 碳化硅（SiC）因其相较于其他常用玻璃和金属具有诸多优势，而被公认为高性能光学应用的绝佳材料。SiC的优异特性包括高强度、高硬度、低密度、高耐热性以及低热膨胀系数。研究人员探究了二氧化碳激光及其加工路径对SiC的影响。该工艺首先在目标图案上制造激光预裂纹，随后沿相同加工路径进行激光辅助抛光。结果显示，存在激光预裂纹的区域材料去除量急剧增加。这种显著的材料去除差异不仅被用于制造直径1100毫米、深度127微米的凹面镜，还实现了宏观与微观图案的加工。成功制备出宽度2毫米至200微米、深度5微米至20微米的沟槽。
关键词： 材料去除率，二氧化碳激光器，图案化，抛光，混合工艺
更新于2025-09-23 15:21:01
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皮秒激光对氧化铝陶瓷的深度高精度切割
摘要： 陶瓷材料具有高耐热性、高耐化学腐蚀性、低密度及高抗压强度等特性；然而其固有脆性导致的加工难题限制了应用范围。激光切割技术可为这类脆性材料的加工提供自动化制造方案。本文开发了一种名为"摆动"的激光切割方法，用于实现工业级氧化铝陶瓷的深切割、高精度且无缺陷加工。研究通过调控皮秒激光工艺参数（包括焦点位置、线速度和摆动幅度），在控制切割深度的同时优化切缝宽度、切缝锥度、表面洁净度等切割质量指标，并避免裂纹产生。采用三维激光扫描显微镜和扫描电子显微镜(SEM)评估了切割形貌与质量。经优化的皮秒激光切割工艺参数实现了约10 mm3/分钟的最大材料去除率。实验表明，该激光切割工艺是一种高效可靠的制造工具，可集成至工程净成形系统中。
关键词： 激光切割、材料去除率、烧蚀、超快激光微加工、氧化铝陶瓷
更新于2025-09-23 15:21:01
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带约束的激光切割优化模型：二氧化碳激光切割低碳钢时材料去除率的最大化
摘要： 要充分利用激光切割技术以低成本、高生产率实现优质切割的优势，就需要对激光切割参数进行优化。这意味着需要建立并求解不同的激光切割优化问题。本文建立了低碳钢CO?激光切割的优化模型，将激光切割优化问题明确表述为一个包含五类非线性约束（等式、不等式及范围约束）的单目标优化问题。研究目标是确定激光切割参数值，在最大化材料去除率的同时，兼顾与熔渣形成、切缝宽度、垂直度偏差、表面粗糙度及切断能量相关的实际工艺约束条件。通过开展两种不同分辨率的交叉实验设计，建立了六个数学模型用于优化问题的构建。为求解该问题，采用穷举迭代搜索算法——因其能确保在给定输入变量值的离散空间中找到最优解。通过解决一个针对炉具行业零件切割的激光切割参数优化实际案例，验证了所开发激光切割优化模型的实用价值及所采用优化方法的有效性。
关键词： 低碳钢，二氧化碳激光切割，优化模型，材料去除率，非线性约束
更新于2025-09-23 15:19:57
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金膜辅助飞秒激光加工提高蓝宝石烧蚀能力
摘要： 蓝宝石因其优异的光学和机械性能被广泛应用于民用及军用设备中。飞秒激光已被证实是加工蓝宝石材料的有效工具。然而，直接采用飞秒激光加工蓝宝石仍面临一些挑战，例如烧蚀形貌较差、激光能量吸收率低等问题。本研究探讨了镀有12纳米厚金膜（金膜包覆蓝宝石）的飞秒激光加工工艺。实验结果表明，金膜包覆蓝宝石的烧蚀形貌得到改善，熔融物质和热裂纹更少，且具有规则的坑状形貌与均匀的周期性表面结构。研究还发现，在100次脉冲条件下，金膜包覆蓝宝石的阈值能量密度较未包覆样品降低约56%。同时，金膜包覆蓝宝石的潜伏效应强于未包覆样品。我们进一步阐明金膜包覆蓝宝石的材料去除率较未包覆样品提高近两倍。为揭示金膜在蓝宝石激光加工中的增效机制，本研究分析了入射光子、自由电子与蓝宝石晶格声子之间的能量传递过程。该研究为提升蓝宝石激光烧蚀能力提供了指导依据。
关键词： 金膜、蓝宝石、材料去除率、烧蚀形貌、飞秒激光加工
更新于2025-09-19 17:13:59
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钛合金的纳秒光纤激光微铣削微通道制备与冶金特性分析
摘要： 激光微铣削技术用于在金属和非金属材料上制造微通道。对于常规方法而言，加工≤100微米的微结构仍具挑战性。纳秒光纤激光微加工因其适用于激光微铣削的前景而日益普及。微通道的应用效果取决于其几何尺寸、轮廓和表面质量。本研究通过实验探究了工艺参数（扫描次数、扫描速度、脉冲重复频率和辅助气压）对激光微铣削过程中顶部切缝宽度、锥度、表面粗糙度和金属去除率的影响。实验测得微通道宽度介于45.5至70.9微米之间。针对每个响应指标均建立了回归模型，并通过方差分析剔除不显著参数。通过扫描电镜图像观察微通道内部表面裂纹来分析热应力，发现较高脉冲重复频率、较少扫描次数、较高扫描速度及高气压条件有利于减少表面裂纹。较慢扫描速度和最少扫描次数时会出现再沉积现象。通道边界氧化区宽度介于37至58微米之间。钛表面形成的氧化层使通道中心区域的氧含量（从51.08%增至76.22%）显著高于外部环境。
关键词： 氧化区、材料去除率、切缝宽度、激光熔覆金属、表面裂纹、锥度、表面粗糙度、重铸层
更新于2025-09-19 17:13:59
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激光加工钛合金的可加工性：材料去除与表面粗糙度分析
摘要： 激光铣削是一种高效的精密加工工艺，尤其适用于钛合金等难加工材料。在激光铣削过程中，任一激光参数的微小变化都会导致加工结果的显著改变。设计几何形状与实际加工几何形状的高度匹配是精密加工的核心要求。虽然精确控制单次激光扫描的材料去除率极具价值，但实现难度很大。若要在保证精度的同时获得高表面光洁度，其技术难度将进一步提升。 本研究旨在实现对钛合金(Ti-6Al-4V)的激光铣削加工，要求达到100%的单次扫描材料去除率(MRR)精确控制与最小表面粗糙度(SR)。通过深入研究五个激光参数(激光强度、脉冲频率、扫描速度、层厚和轨迹位移)对MRR和SR的影响，并采用方差分析(ANOVA)评估各参数的重要性。建立了两个响应变量的数学模型，用于预测任意参数设置下的加工结果，且通过验证试验确认了模型的有效性。 激光参数优化对实现精确目标深度的材料去除并保持最小表面粗糙度至关重要。因此，本研究提出了优化后的激光参数组合方案，在复合满意度>0.9的条件下确保100% MRR精度与最小表面粗糙度。验证实验表明，优化参数能完全实现模型预测的激光铣削效果。 此外，研究还对比分析了加工区域下方后续层的微观结构与原始Ti-6Al-4V基体的差异。结果表明：采用优化参数时，次表层微观结构与基体金属保持一致，未发现微观结构改变的证据。
关键词： 激光铣削，钛合金，数学模型，表面粗糙度（SR），优化，材料去除率（MRR）
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于模糊逻辑的氧化铝激光辅助车削表面粗糙度与材料去除率预测
摘要： 在制造业中，加工具有良好表面完整性和高材料去除率的陶瓷是一项具有挑战性的任务。激光辅助加工（LAM）是目前工业上用于加工难加工材料的基准技术之一。在LAM中，激光被用作热源来加热工件，同时通过切削工具去除软化材料而不改变材料微观结构。由于LAM涉及许多工艺参数，对陶瓷加工的实验研究成本高昂。因此，本研究的主要目标是开发一个人工智能模型，利用模糊逻辑来理解工艺机理，并预测激光辅助车削氧化铝时的表面粗糙度和材料去除率（MRR）。输入参数假设为三角函数和高斯函数，输出参数假设为梯形函数。研究推断，切削速度和激光脉冲频率的增加会改善表面光洁度，而进给率的增加会导致表面完整性恶化。材料去除率与进给量、速度、切削深度和激光脉冲频率成正比。实验值与模糊模型值之间有较好的一致性。所提出的模型预测表面粗糙度和MRR的预测误差分别为15.76%和7.69%。
关键词： 材料去除率、激光辅助加工、模糊逻辑、表面粗糙度、陶瓷
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光辅助电化学加工的研究现状
摘要： 激光辅助电化学加工（LAECM）已证明其在几乎所有导电材料范围内具有优势和应用价值。该技术能灵活实现从宏观到微观加工，生成简单形状至复杂形状。激光辅助电化学加工是一种复合加工方法，实践证明其在表面完整性、热损伤、几何公差和材料去除率等方面能获得更优效果。激光辅助电化学加工通过提升温度从而增加电解液电流密度，强化电化学溶解过程。激光有助于从特定加工区域移除材料，减少杂散加工效应，从而提高LAECM的精度与效率及生产率。过去十年间，部分研究者开创了激光辅助复合加工新途径以解决电化学加工固有难题。本文综述了LAECM工艺的研究进展，重点阐述该工艺的各种可能性与应用场景，并讨论了其中存在的多项挑战。
关键词： 激光辅助电化学加工，电化学溶解，材料去除率，LAECM，复合加工
更新于2025-09-12 10:27:22