[發(fā)明專利]一種多孔陶瓷的準(zhǔn)分子激光拋光及檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710652088.9
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107498176B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭馨;王宇;丁金濱;劉斌;張立佳;周翊;趙江山;齊威
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電研究院
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/352;B23K26/402
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 董李欣

本發(fā)明公開了一種多孔陶瓷的準(zhǔn)分子激光拋光和檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：利用表面粗糙度分析設(shè)備掃描多孔陶瓷待加工面的表面輪廓，使用光束均勻器和聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分子激光光束的聚焦和勻化，確定拋光用準(zhǔn)分子激光的離焦量，規(guī)劃表面的掃描路徑，調(diào)整準(zhǔn)分子激光的參數(shù)，測定多孔陶瓷的燒蝕閾值F_th，調(diào)節(jié)準(zhǔn)分子激光的輸出能量對多孔陶瓷進(jìn)行拋光，計(jì)算拋光前多孔陶瓷的表面凸出粗糙度，計(jì)算拋光后多孔陶瓷的表面凸出粗糙度。本發(fā)明的方法對多孔陶瓷的熱力影響小，不會引起陶瓷材料顆粒剝落、脆斷等問題，對拋光材料的尺寸、形狀無要求，能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜、曲面甚至部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的拋光，提高了多孔陶瓷拋光效果的辨識度和準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，具體涉及多孔陶瓷的拋光。

背景技術(shù)

多孔陶瓷具有透過性好、密度低、硬度高、耐磨性好、熱導(dǎo)率低等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)減重、隔熱、吸聲、過濾、催化等作用，在航空航天、機(jī)械、化工、光電、能源、生物等諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。陶瓷材料硬度高、脆性大的特點(diǎn)使其加工困難，但是，多孔陶瓷的表面粗糙度影響著多孔陶瓷零件的表面附著性、透過性、振動和噪聲等性能，尤其對于多孔陶瓷軸承與軸套、電子發(fā)射器件等，直接影響轉(zhuǎn)動噪聲、膜層結(jié)合能力等重要參數(shù)。

目前常用的陶瓷拋光方法包括機(jī)械法、化學(xué)法、激光拋光等。由于多孔陶瓷材料孔隙間的結(jié)合相比致密陶瓷更為薄弱，機(jī)械法等接觸法在加工過程中更容易造成顆粒剝落、局部脆斷，容易造成表面缺陷或劃痕等，剝落的顆粒還可能進(jìn)入孔隙形成雜質(zhì)物。化學(xué)法等反應(yīng)拋光的方式不僅會腐蝕陶瓷表面突出結(jié)構(gòu)，還會腐蝕孔隙，影響孔隙結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)多孔陶瓷表面的拋光。相比之下，激光拋光對多孔陶瓷具有顯著的優(yōu)勢，其中CO₂、YAG等激光拋光方式會在材料表面生產(chǎn)大量的熱量，引起材料的熔化與燒結(jié)，使少量尖峰材料熔化填入到波谷使表面變得光滑，雖能達(dá)到拋光的效果，但熱影響區(qū)大，反應(yīng)產(chǎn)物可能阻塞材料原本的孔隙，會影響多孔陶瓷材料的性能，而準(zhǔn)分子激光具有輸出能量更高、波長更短、激光單光子能量更大的優(yōu)勢，容易通過破壞材料表面的化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)對材料的冷拋光，是進(jìn)行多孔陶瓷拋光的理想光源之一。

同時(shí)，目前對材料粗糙度表征的方式雖然包括了輪廓算術(shù)平均偏差Ra、輪廓最大高度Rz、輪廓單元平均寬度Rsm等，但這些參數(shù)均根據(jù)材料表面輪廓的峰值與谷值計(jì)算。受多孔陶瓷材料表面大量分布的孔隙影響，其計(jì)算結(jié)果對陶瓷表面凸起部分的檢測程度是有限的，降低了多孔陶瓷表面孔隙外部分平整程度檢測的辨識度。

基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種多孔陶瓷拋光和檢測的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)多孔陶瓷的有效拋光和檢測，減少對孔隙的影響及孔隙存在對粗糙度檢測的影響，本發(fā)明提出了一種利用準(zhǔn)分子激光拋光多孔陶瓷的方法及其檢測方式。通過檢測多孔陶瓷的表面輪廓，分析其孔隙尺寸、間距等信息，對準(zhǔn)分子激光光束進(jìn)行勻化和聚焦處理，根據(jù)孔隙尺寸、間距和掃描光斑的尺寸確定多孔陶瓷拋光的掃描路徑，通過實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)條件下多孔陶瓷的燒蝕閾值，調(diào)節(jié)準(zhǔn)分子激光的離焦量、能量密度、入射角度，利用略高于陶瓷燒蝕閾值的能量對激光進(jìn)行拋光，使陶瓷表面的尖峰位于準(zhǔn)分子激光燒蝕的區(qū)域內(nèi)通過汽化去除，而盡力降低對波谷的影響；通過分析拋光前陶瓷的表面輪廓確定陶瓷表面的基準(zhǔn)線，利用該基準(zhǔn)線上方的尖峰面積計(jì)算拋光前后陶瓷的表面粗糙度。由于準(zhǔn)分子激光燒蝕熱影響區(qū)很小，通過合理調(diào)整入射角度、掃描路徑，該方法可實(shí)現(xiàn)多孔陶瓷材料的拋光，并計(jì)算拋光前后多孔陶瓷的表面粗糙度，盡力降低對孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙對粗糙度表征的影響。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種多孔陶瓷的準(zhǔn)分子激光拋光方法，其特征在于，包括以下步驟：

①利用表面粗糙度分析設(shè)備掃描多孔陶瓷待加工面的表面輪廓，作基準(zhǔn)線將一定長度的輪廓分成兩部分，使上、下兩部分輪廓線與基準(zhǔn)線之間所包含的面積相等，定義上部分為峰值，下部分為谷值，確定孔隙的平均尺寸和間距；