激光移動(dòng)刻蝕樹脂基復(fù)合材料仿真分析.pdf

1、激光技術(shù)的產(chǎn)生無疑推動(dòng)了材料加工領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是短脈沖激光具有能量高，方向性好，無需接觸等優(yōu)點(diǎn)，適合用于進(jìn)行精細(xì)加工。對于某些衛(wèi)星天線反射器表面的加工，納秒脈沖激光具有不可替代的優(yōu)勢。這類天線反射器用到一種以聚合物為基底表面涂覆金屬薄膜的復(fù)合材料，根據(jù)功能需要，需要將金屬薄膜加工成按照一定規(guī)律圖案分布的高精度功能薄膜。由于加工尺寸很小，金屬薄膜也只有幾微米的厚度，加工過程還不能損傷聚合物基底，所以傳統(tǒng)的加工方法難以達(dá)到加工要求。但是，

2、由于影響激光刻蝕結(jié)果的因素很多，確定合適的激光刻蝕參數(shù)的過程需要耗費(fèi)時(shí)間和材料，具有一定的盲目性。因此本工作利用有限元模擬軟件COMSOL Multiphysics對激光刻蝕金屬-聚酰亞胺復(fù)合材料過程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，希望能加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，降低實(shí)驗(yàn)成本。工作主要有以下幾個(gè)方面：
　?。?）對激光刻蝕金屬材料的過程進(jìn)行分析和模型化，從激光與物質(zhì)發(fā)生的相互作用機(jī)理著手，討論了熱傳遞過程及刻蝕過程中涉及到的重要的熱物理參數(shù)，介紹了有限元軟件的

3、特點(diǎn)和計(jì)算過程。
　?。?）建立了激光刻蝕單層和多層金屬-聚酰亞胺復(fù)合材料的幾何模型，選擇“固體傳熱”接口，對模擬過程用到的物理參數(shù)進(jìn)行了定義，將激光作為一個(gè)高能量熱源，對熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的邊界條件以及傳熱方程進(jìn)行說明，對金屬薄膜的網(wǎng)格做了加密處理。
　?。?）考慮到脈沖激光加熱方式和連續(xù)激光的不同，模擬中將刻蝕分為加熱和冷卻階段，通過對加熱階段計(jì)算任一時(shí)刻的溫度場，并對結(jié)果進(jìn)行分別處理。假設(shè)溫度達(dá)到氣化點(diǎn)以上即成為金

4、屬蒸汽而被刻蝕，得到加熱結(jié)束后刻蝕輪廓和溫度場，并作為冷卻階段的初始輸入值，如此得到一定移動(dòng)速度下連續(xù)幾個(gè)脈沖過后刻蝕深度和刻蝕輪廓。通過比較不同速度的刻蝕結(jié)果，隨激光掃描脈沖的增加，刻蝕深度增加并逐漸達(dá)到最大值，之后刻蝕深度不變，刻蝕形貌呈盆狀。移動(dòng)速度越大的激光，越早達(dá)到其最大刻蝕深度，且刻蝕深度也越小。金屬薄膜與聚酰亞胺基底界面處溫度變化相對于金屬薄膜表面在時(shí)間上有一定的滯后。
　　（4）為了研究金屬夾層對刻蝕結(jié)果的影響，對