硬脆材料本身具有强度高、硬度高、耐腐蚀和抗氧化等优异性能。但同时硬脆材料的高硬度、高脆性、断裂韧性低也导致其加工难度很大,很难获得预期的精度和形状。本项工作分别利用无水条件下和水环境下激光与超声复合加工新方法,对氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、硬质合金、W-Zr C复合材料等多种硬脆材料进行刻蚀加工实验,重点研究氮化硅陶瓷。通过SEM、体视显微镜等多种检测手段研究该复合方法对材料刻蚀深度和刻蚀表面质量的影响,证明水下激光与超声复合加工方法能够提高加工质量。本研究旨在为多种硬脆性材料的高效、高精度的加工提供一种新的加工手段。本文的主要研究工作如下:(1)研究设计出激光与超声复合加工实验系统。该实验系统的构建用于系统研究激光与超声复合刻蚀加工工艺和加工机理,为保证加工质量,研究设计的超声振动平台只在Z轴方向有振幅。(2)在无水条件下分别利用单热源激光加工方法和激光与超声复合加工方法对氮化硅陶瓷进行刻蚀,并对结果进行对比分析。研究激光和超声工艺参数对激光与超声复合刻蚀氮化硅陶瓷刻蚀量和刻蚀表面质量的影响,利用SEM、二维显像仪及EDS等工具分别进行刻槽表面微观和宏观分析以及表面熔渣元素成分分析。结果表明:有振动辅助的激光复合刻蚀深度基本上大于无振动时的情况,但两种条件下加工得到的刻槽内均充满熔渣,刻蚀表面无明显区别。(3)鉴于无水条件下的加工质量不理想,因此尝试在刻蚀加工中引入水流。利用水下超声振动产生的空化效应清洗刻槽表面,加工表面质量得到改善。选取合理工艺参数,研究激光和超声参数等对刻蚀表面质量和刻蚀深度的影响。研究表明:引入水流后激光刻蚀得到的槽内基本无熔渣堆积;有振动辅助的激光与复合刻蚀表面比无振动时干净,熔渣颗粒较小,表面质量较好,激光刻蚀深度基本上大于无振动的情况。(4)对碳化硅、硬质合金、W-Zr C等硬脆材料进行无水条件、有水条件下的激光与超声复合加工实验。在有水参与、无水参与、无振动、有振动等四种条件下,激光加工Si C陶瓷得到的孔的表面形貌并无明显区别。对硬质合金的加工时,有水条件下的激光刻蚀形成的孔内基本无熔渣附着,孔成规则的圆形,加工质量有一定改善,而无水条件时的孔形状不规则,孔表面存在较厚的重铸层;水下超声振动辅助激光加工形成更加规则的孔形,表面更加光滑。在无水条件下,激光刻蚀加工W-Zr C复合材料时,刻槽内部及边缘熔渣堆积严重,刻蚀槽体基本被熔渣覆盖,加工质量较差。