【摘 要】
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金刚石具有优异的物理化学及力学性能,其极高的热导率更是令金刚石微槽道结构有望成为能够满足航空航天、电子化工等领域对散热性能方面迫切需求的重要组件。激光由于其高能单向等特性而成为了一种较好加工金刚石微槽的方法。微槽道结构的关键是切割加工出具有高准直度、表面质量良好的凹槽,为满足高质量凹槽的加工需求,本文通过纳米脉冲激光对CVD金刚石进行了切割加工实验,具体内容如下:分析了激光与材料相互作用的物理过程
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金刚石具有优异的物理化学及力学性能,其极高的热导率更是令金刚石微槽道结构有望成为能够满足航空航天、电子化工等领域对散热性能方面迫切需求的重要组件。激光由于其高能单向等特性而成为了一种较好加工金刚石微槽的方法。微槽道结构的关键是切割加工出具有高准直度、表面质量良好的凹槽,为满足高质量凹槽的加工需求,本文通过纳米脉冲激光对CVD金刚石进行了切割加工实验,具体内容如下:分析了激光与材料相互作用的物理过程,解释了金刚石的石墨化机理。模拟了纳米脉冲激光切割加工CVD金刚石的温度分布。计算出金刚石的石墨化阈值与气化阈值分别为3.3 J/cm~2和17.3 J/cm~2,推导了热应力的分布。采用532nm纳秒脉冲激光对CVD金刚石进行了单脉冲与多脉冲辐照实验。得出激光切割金刚石的具体过程是金刚石吸收激光能量石墨化,而后石墨相继续吸收能量,最终以气化消融的形式脱离母材。采用区间逼近法测得CVD金刚石的石墨化阈值约为3.6 J/cm~2。采用凹坑直径对数拟合法测出CVD金刚石的气化阈值约为11.5 J/cm~2。在不同的激光能量密度下分析了激光的脉冲辐照次数对脉冲激光切割金刚石过程的影响,验证了多脉冲激光辐照的模型。依次分析了焦点位置、能量密度、扫描次数、扫描速度和入射角度对于切割凹槽准直度和表面质量的影响规律,对各个参数加以优化选择,最终在离焦量为-50μm,能量密度50 J/cm~2,扫描次数为50,扫描速度20 mm/s,入射角0.583°的参数下得到了具有较高准直度、表面质量良好的凹槽。
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