纳秒红外激光抛光聚碳酸酯研究

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工程塑料因其低廉的价格和较高的综合性能,逐步代替木材及金属,越来越多的应用于人们的日常生活之中。聚碳酸酯作为五大工程塑料之一,被广泛应用于建筑、医疗、电子电器、建筑板材、包装及容器、光学器件等多个领域。  激光抛光是一种新的加工技术,相较于传统机械抛光方式,它有加工精度较高,重复性好,灵活度高,应用范围广等特点。  本文研究了聚碳酸酯的激光抛光过程,主要研究内容和结果有:  (1)利用一维热传导模型,初步估算抛光聚碳酸酯材料所需的激光功率密度。发现可以使聚碳酸酯材料在一个脉冲宽度的时间内达到熔融状态的功率密度取值在104W/cm2数量级,并在此基础上进一步实验选定了最适合的峰值功率密度为6.2×104W/cm2。  (2)对抛光过程中材料表面的热场进行分析,得到了抛光过程中熔融区域中心点温度为371℃,半径为207μm。在较短的照射时间内,其温度分布和一维热传导模型差距很小,但随着照射时间的增加,其差值不能忽略。  (3)研究了扫描速度对抛光结果的影响,发现扫描速度为20mm/s时可以得到最佳抛光效果,样品的表面粗糙度从5μm降至2μm,并从SSM(SurfaceShallow Melting)机理出发分析了扫描速度影响抛光效果的机理。  (4)研究了加工次数对聚碳酸酯表面粗糙度的影响。结果表明,表面粗糙度随着加工次数的增加而减小,但减小的趋势越来越小,并在10次之后基本不变,达到最小值2μm。这个最小值是SSM机理和SOM机理同时作用累加产生的表面粗糙度的平均值。  (5)研究加工过程中气泡的产生和其对表面粗糙度的影响,讨论了气泡对抛光后样品表面形貌的影响:①低扫描速度时,气泡大且多,严重影响表面粗糙度;②高扫描速度,浅气泡产生位置时,气泡小且少,对表面粗糙度影响很小;③高扫描速度,深气泡产生位置,气泡小但多,对表面粗糙度有一定影响。  (6)使用EDS测试了样品表面区域加工前后的元素含量变化,发现含氧量并未提高,证明了激光抛光没有使表面材料大量分解。
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