激光切割

激光切割
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    激光切割工程陶瓷時，主要通過以下幾個作用來完成：氣化切割、熔化切割、反應熔化
切割法以及熱應力切割。在陶瓷材料的激光切割過程中，這四種切割原理不是完全獨立的，具體通過哪種原理切割，決定于材料的熱物理性能、工件厚度以及使用激光類型等切割條件。近年來，對陶瓷的激光切割技術(shù)的研究。
 
傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化參數(shù)法
    該類方法基本借鑒金屬材料激光加工的成熟工藝，僅通過優(yōu)化工藝參數(shù)來實現(xiàn)加工目的。研究發(fā)現(xiàn)針對不同材料需要采用不同的激光激勵方式，對于大多數(shù)陶瓷，脈沖激光切割方式是較好的選擇。提高脈沖激光輸出的峰值功率、降低脈寬至納秒量級、減少重復頻率、降低切割速度是該類方法有效減少激L輸入對材料產(chǎn)生的過熱影響，抑制裂紋產(chǎn)生的基本工藝。在無損切割速度的研究中，G．Lu等給出了激光功率、切割速度和材料厚度之間的關(guān)系式'指出對于一定厚度t的材料，存在一個最大切割速度v。要提高切割速度，實驗證明在相同激光功率條件下，采用線聚焦方式的切割速度可比點聚焦方式提高5倍以上，線聚焦更好地增大了切割方向的熱輸入量，并減少了垂直于切割方向的熱影響區(qū)。在優(yōu)化參數(shù)的基礎(chǔ)上，對相關(guān)加工附件的改進也是該研究方法的一個突破點。激光加工中輔助氣體的超聲速氣流可有效減少熱積累，抑制切割過程中的裂紋產(chǎn)生，但是超聲速氣流的氣壓大，作用在被加工材料上會產(chǎn)生類似于刀具加工的接觸應力。通過對超聲速噴嘴的創(chuàng)新改進，可使作用于材料表面的氣體凈壓力為零，達到抑制機械壓力損傷的目的。采用真空吸盤固定硬脆性陶瓷可以保持工件在激光加工過程中的受力均勻，減少因夾持預應力而增大材料產(chǎn)生裂紋乃至斷裂的概率。    
    在該類研究中，值得一提的是I．Black等對Al?0?基瓷磚進行的切割研究。他們通過優(yōu)化切割速度、脈寬、噴嘴直徑、氣體類型及壓力等措施，實現(xiàn)了該類厚板陶瓷的直線切割，并通過建立經(jīng)驗模型預測了該種方法針對不同厚度陶瓷的無裂紋切割速度。實驗所用瓷磚型陶瓷一般具有較低的密度，疏松的結(jié)構(gòu)可以為應力積累提供很好的釋放空間。但是在對尖角的切割中，由于過燒產(chǎn)生了難以控制而無法避免的裂紋。Al?0?基陶瓷相比其他陶瓷具有熱膨脹系數(shù)低及彈性模量低的特點，對熱應力產(chǎn)生的斷裂阻力高，因此Al?0?陶瓷厚板激光無損切割的成功還不能完全表示所有陶瓷都可以采用類似的切割工藝。
 
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