基于飛秒激光的金屬微細加工方法與理論研究.pdf

1、山東理工大學山東理工大學碩士學位論文基于飛秒激光的金屬微細基于飛秒激光的金屬微細加工加工方法與方法與理論研究理論研究Methodtheeticalstudyofmetalmicromachiningbasedonfemtosecondlaser研究生：王雷雷王雷雷指導教師：宮金良宮金良副教授副教授申請學位門類級別：工學碩士學科專業(yè)名稱：機械工程研究方向：機電一體化技術機電一體化技術論文完成日期：2016年4月單位代碼：10433學號：Y

2、1301017分類號：TN249密級：山東理工大學碩士學位論文摘要I摘要飛秒激光技術目前已經(jīng)成為高新技術的主力之一，材料加工也正向著微納尺寸發(fā)展，高集成技術要求加工精度在微米甚至納米級別，而飛秒激光在這一方面表現(xiàn)出的強大優(yōu)勢倍受青睞，因此得到了廣泛關注。相關學者致力于研究飛秒激光與材料的相互作用，認識作用過程中的燒蝕機理，同時也對加工實驗開展了廣泛研究。本文在討論飛秒激光加工金屬的理論基礎上開展了以下工作：（1）雙溫模型是飛秒激光加工金

3、屬的典型理論模型，采用有限差分法對雙溫方程進行求解，在考慮電子之間熱傳導的前提下，首先對單脈沖燒蝕鎳鈦合金情況進行了數(shù)值模擬，得到了激光能量密度、脈沖寬度、延遲時間對電子和晶格溫度的影響規(guī)律。（2）對雙溫方程中單脈沖的激光光源項進行改進，得到了三脈沖的光源項，利用改進的雙溫方程，模擬分析了三脈沖條件下電子和晶格溫度隨時間和傳遞深度的三維演化規(guī)律以及在不同脈沖個數(shù)、脈沖寬度和激光能量密度下的影響規(guī)律。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，調節(jié)加工工藝參數(shù)可以

4、利用飛秒激光實現(xiàn)對金屬材料的微納加工。（3）介紹了飛秒激光加工系統(tǒng)，總結了不同加工參數(shù)對打孔和劃線的影響規(guī)律。最后在理論分析的基礎上，利用搭建的飛秒激光加工系統(tǒng)對不同的金屬材料進行了初步的實驗研究，得到了較高的加工質量。通過對飛秒激光微細加工金屬的理論和實驗研究，更加清晰的認識了燒蝕過程的內部機理，為進一步研究作用過程中伴隨的其他復雜現(xiàn)象奠定了基礎。通過實驗研究，在證明了雙溫方程模擬結果準確性的同時也說明了飛秒激光可以實現(xiàn)金屬材料的微細