SIPM, 탄화규소 세라믹 매트릭스 복합재의 펨토초 레이저 가공 분야에서 진전을 이루다

최근 중국과학원(CAS) 상하이광학정밀기계연구소(SIPM) 강장장 레이저 물리학 국가핵심연구소 연구팀이 상하이연구소 소속 샤오밍동(Shao-Ming Dong) 학자 팀과 공동으로 연구를 진행했다. Silicates, CAS 등의 연구진은 SiC CMC의 펨토초 레이저 필라멘트화와 필라멘트 유도 플라즈마를 통한 펨토초 레이저 가공 공정 모니터링을 기반으로 탄화규소 세라믹 매트릭스 복합재(SiC CMC)의 펨토초 레이저 가공을 모니터링하는 방법을 제안하고 시연했습니다. SiC CMC의 펨토초 레이저 필라멘트화 처리와 필라멘트 유도 플라즈마 형광에 의한 프로세스 모니터링을 기반으로 하는 방법이 제안되고 시연됩니다. 연구 결과는 CCTV 저널에 "SiC 세라믹 매트릭스 복합재의 펨토초 레이저 필라멘트 제거 홈 및 플라즈마 형광에 의한 홈 형성 모니터링"이라는 제목으로 게재되었습니다. 결과는 "SiC 세라믹 매트릭스 복합체의 펨토초 레이저 필라멘트 제거 홈 및 플라즈마 형광에 의한 홈 형성 모니터링"이라는 제목으로 Ceramics International에 게재되었습니다.
실리콘 카바이드 세라믹 매트릭스 복합재는 차세대 열 구조 재료로서 저밀도, 고온 저항, 내식성, 고강도 등과 같은 상당한 이점을 가지므로 항공 우주, 원자력, 국가 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. SiC CMC 재료 장치의 높은 경도와 이방성 특성으로 인해 곡면 및 깊은 구멍의 정밀 가공과 같은 가공 공정에 대한 더 높은 요구 사항과 과제가 제기되었습니다. 결과는 다음과 같이 요약됩니다. 가공. 전통적인 기계, 워터젯, EDM, 초음파 및 기타 가공 기술은 버, 박리, 균열 및 기타 결함이 발생하기 쉽고 정밀 가공을 구현하기 어렵습니다. "냉간 가공"의 새로운 시스템인 초고속 레이저 가공은 고정밀도는 물론 과잉 정밀도의 SiC CMC 가공 요구도 충족할 것으로 기대됩니다.
이번 연구에서 연구진은 펨토초 레이저 공기 필라멘트를 통해 필라멘트의 고강도, 긴 상호 작용 범위를 구현하고 SiC CMC 표면의 필라멘트를 사용하여 고정밀 홈 가공을 완료하고 필라멘트 위치에 대한 체계적인 연구를 수행했습니다. 레이저 펄스 에너지, 스캐닝 속도 및 필라멘트 가공 홈 폭, 깊이, 열 영향부, 내벽 경사각 및 기타 매개변수의 스캐닝 수. 가벼운 필라멘트의 긴 상호 작용 범위 특성은 곡면과 깊은 구멍의 초고속 레이저 정밀 가공을 위한 새로운 방법을 제공합니다. 본 연구에서는 실리콘 원자의 390.55nm 형광 등 SiC CMC의 광학 필라멘트 가공으로 발생하는 플라즈마 형광을 실시간으로 수집, 분석하여 광학 필라멘트에 의한 SiC CMC 가공 공정의 모니터링 방법을 제안하고 실증한다(그림 1). 그리고 2). 실리콘 원자의 390.55nm 형광 스펙트럼 선의 강도 변화는 다양한 가공 매개변수 조건에서 SiC CMC 표면 물질 제거에 직접적으로 반응하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 SiC의 포토필라멘트 가공 공정을 이해, 모니터링 및 최적화하는 데 도움이 됩니다. CMC.
이 작업은 중국 국가 핵심 연구 개발 프로그램, 중국 국립자연과학재단, 중국과학원 국제협력 핵심 프로젝트, 상하이 자치체 과학기술 프로젝트, 상하이 프로젝트의 지원을 받았습니다. 과학기술적 성취의 전환과 산업화.

그림 1 (a) 광학 필라멘트로 가공한 V-groove 모식도, (b)와 (c) 광학 필라멘트로 가공한 V-groove의 평면도 사진, (c) 각각 광학 필라멘트로 가공한 V-groove 사진, (d) 측면 사진 광학 필라멘트의 형광, 그리고 (e) 및 (f) 광학 필라멘트와 SiC CMC의 상호 작용에 의해 유도된 플라즈마 형광의 연속체 스펙트럼 배경을 제거한 원본 스펙트럼 및 스펙트럼.

그림 2 (a) 다양한 레이저 에너지에서 광 필라멘트로 가공된 SiC CMC 홈의 형태, (b) 2.4mJ에서 홈 단면 깊이 프로파일의 윤곽 곡선, (c) 홈 폭, 깊이의 변화, 레이저 에너지에 따른 열영향부, 내벽의 경사각, (d) 레이저 에너지에 따른 플라즈마 형광 강도의 변화.