超快激光抛光技术研究——朱鹏飞 西安工业大学 2014.docVIP

超快激光抛光技术研究 学 科：兵器工程 研究生签字：朱鹏飞 学校导师签字：韩军 企业导师签字：杨小君 摘 要 传统抛光方法对硬脆材料进行抛光会带来亚表面损伤等无法避免的问题。超快激光抛光技术是近些年出现的一种新型表面加工技术。因其抛光质量好而且热效应少，所以它非常适合对于硬脆材料进行高精度抛光。 本文从超快激光抛光系统搭建、实验设计、实验实施和数据分析等方面，探索了超快激光抛光单晶硅的原理和加工工艺。实验中，分别采用飞秒激光(λ=515nm，f=4kHz)和皮秒激光(λ=532nm，f=200kHz)对材料进行抛光，通过数码显微镜和表面轮廓仪检测了被抛光的表面形貌和表面粗糙度，分析了激光能量密度、光斑重叠率和扫描方式对于超快激光抛光质量的影响。利用正交实验设计可以直观地分析各因素在抛光效果中所占的比例，利用单变量分析可以直观地分析该因素的水平变化对抛光效果的影响。将两种实验方法相结合可以科学而且全面地进行参数优化。本文得出如下结论： 1.激光能量密度，扫描速度，扫描间距和离焦量这些工艺参数均影响着抛光效果。它们之间不是简单的线性关系，而是存在一个可以获得抛光效果最好的参数区间。 2.通过正交优化实验设计可以得出在激光能量密度，扫描速度，扫描间距这三个主要参数中对抛光效果影响最大的是激光能量密度。因为激光能量密度的极差R远大于其余两者的极差。 3.工件的原始表面粗糙度是一个影响抛光效果的重要参数。某一套加工参数的搭配只有作用在某一原始表面粗糙度的材料上才能够获得最好的抛光效果。 关键词：超快激光；激光抛光；单晶硅；参数优化 Study of ultrafast laser polishing technology Discipline:Arms Engineering Student Signature: Supervisor Signature: Supervisor Signature: Abstract The traditional polishing method for polishing hard brittle material can bring the unavoidable problems such as surface damage. Ultrafast laser polishing technology is a new surface processing technology in recent years. Because this technology has the characteristics of the polishing quality and less heat effect, it is very suitable for high precision polishing for hard brittle materials. This paper from the ultrafast laser polishing system structures, experimental design, and data analysis, etc., studies the ultrafast laser polishing principle and processing technology of single crystal silicon. In the experiment, the system with femtosecond laser (λ=515nm, f=4kHz) and picosecond laser (λ=532nm, f=200kHz) polishing materials, after processing, system using digital microscope and surface profiler tests the surface roughness and surface morphology of the region. This paper analyzes the laser energy density, the spot overlap and scanning mode for ultrafast laser polishing quality. The orthogonal experiment design can be clearly analyzes the importance of factors are in polishing effect. And the single factor experiment design can be clearly analyzes the paramete