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飞秒激光加工具有材料适应性广、非接触、无机械剪切应力、精度高、无污染、高效率等优点,是最理想的微加工手段之一。本文用飞秒激光加工TiC陶瓷,研究了能量密度、重复频率、加工圈数、辅助气压和进给速度等工艺参数对TiC陶瓷圆环、圆面及微孔加工的影响;利用EDS、Raman光谱和XPS探讨了飞秒激光与TiC陶瓷的作用机制。(1)研究了工艺参数对TiC陶瓷圆环加工的影响,结果表明:圆环宽度随能量密度的增大而增大,当能量密度高于0.76J/mm2时,圆环宽度不再增大,保持在30μm左右。激光重复频率对圆环的宽度影响不大,但较高的重复频率可以在圆环加工时加工出较深的深度。(2)研究了工艺参数对TiC陶瓷圆面加工的影响,结果表明:能量密度大于0.51J/mm2时,圆面直径比较稳定,但圆面直径与重复频率的关系不大。随着能量密度与重复频率的增加,在深度方向上的加工效果比较明显,能打出盲孔。随加工圈数和加工时间的增加,圆面的平整度变好,加工更加充分,但加工效率也降低,故选择时应综合考虑。(3)研究了工艺参数对TiC陶瓷微孔加工的影响,结果表明:在不同能量密度下,微孔入口圆度均不低于99%,而出口圆度随能量密度增加而增大,当能量密度大于0.76J/mm2时,出口圆度趋于稳定。微孔锥度随辅助气压增大而增大,当能量密度为0.51J/mm2、辅助气压为3bar时,微孔的锥度最佳,其长轴锥度为-0.13°,短轴锥度为0.77°。随着进给速度的增大,微孔的入口、出口直径均有所减小,当进给速度为6.4μm/s时微孔的锥度最好,长轴锥度为-0.47°,短轴锥度为-0.14°。一组较好的加工TiC陶瓷微孔的参数为:能量密度0.76J/mm2、重复频率100kHz、辅助气压5.5bar、进给速度6.4μm/s。(4)研究了飞秒激光加工TiC陶瓷的机制,结果表明:在激光加工TiC陶瓷圆环的过程中,出现了条纹状周期结构、熔融物沉积层、小圆球、菜花状氧化物四种典型特征。经飞秒激光辐照,TiC陶瓷经过多光子吸收作用发生Ti-C键的断裂,富余的碳和TiC电离形成的碳与空气中的氧作用生成气体逸出;一部分Ti离子与空气中的氧结合形成Ti2O3和TiO2,还有一部分以金属Ti的形式存在于熔融物和残渣中。