266nm纳秒固体激光加工聚苯乙烯和CH膜的工艺试验研究

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聚苯乙烯和CH膜由于其密度和原子序数相对较低,易于加工成型等各项优点,被用作激光惯性约束核聚变的烧蚀层材料。在进行激光惯性约束聚变试验的过程中,需要在烧蚀层材料上加工微孔。激光加工技术因其具有精度高、效率高和不产生碎屑等优势,常被用作烧蚀层材料微孔的加工方法。266nm激光的波长较短,光子能量较高,能够直接破坏材料的化学键,实现“光化学”加工,因此已成为激光加工时重要的光源类型。为了研究266nm纳秒固体激光在聚苯乙烯和CH膜上加工微孔的加工效果,在聚苯乙烯和CH膜材料上加工出高质量的微孔,进行了266nm纳秒固体激光加工聚苯乙烯和CH膜的机理和工艺研究。论述了紫外激光对聚合物材料的蚀除机理和理论模型,根据紫外激光对聚合物材料的蚀除机理,探究266nm纳秒固体激光对聚苯乙烯和CH膜的材料去除机理。结果表明:266nm纳秒固体激光加工CH膜时,材料去除机理以光化学蚀除为主;266nm纳秒固体激光加工聚苯乙烯时,光化学蚀除和光热蚀除同时存在,且两者的比例受激光脉冲能量等因素的影响。建立有限元仿真模型对激光加工聚苯乙烯的温度场和应力场进行模拟仿真,研究了激光加工聚苯乙烯过程中的温度场和应力场分布。当激光辐照材料时,激光能量会使被辐照区域的温度迅速升高,当温度超过材料的熔点时会产生热影响区。由于材料温度的剧烈变化,加工区域产生拉应力和压应力,应力的数值和范围会随激光辐照时间的持续不断增大;当激光辐照结束后,应力值逐渐减小。最后通过试验对仿真结果进行了验证。进行了266nm纳秒固体激光在聚苯乙烯和CH膜上打孔的工艺试验。通过单因素试验,得出了激光脉冲能量、激光脉冲数量和离焦量等加工参数对微孔直径、微孔深度和重铸层宽度等微孔尺寸参数影响的工艺规律;通过进行正交试验,得出了各激光加工参数对微孔尺寸参数影响的显著性水平,并通过综合平衡法得出了266nm纳秒固体激光在聚苯乙烯上打孔时优化后的工艺参数。该论文有图53幅,表9个,参考文献67篇。
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