超快激光抛光技术研究——朱鹏飞-西安工业大学-2014 .pdfVIP

超快激光抛光技术研究——朱

鹏飞-西安工业大学-2014

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

Studyofultrafastlaserpolishingtechnology

Discipline:ArmsEngineering

StudentSignature:

SupervisorSignature:

SupervisorSignature:

Abstract

Thetraditionalpolishingmethodforpolishinghardbrittlematerialcanbringthe

unavoidableproblemssuchassurfacedamage.Ultrafastlaserpolishingtechnologyisa

newsurfaceprocessingtechnologyinrecentyears.Becausethistechnologyhasthe

characteristicsofthepolishingqualityandlessheateffect,itisverysuitableforhigh

precisionpolishingforhardbrittlematerials.

anddataanalysis,etc.,studiestheultrafastlaserpolishingprincipleandprocessing

(λ=515nm,f=4kHz)andpicosecondlaser(λ=532nm,f=200kHz)polishingmaterials,after

processing,systemusingdigitalmicroscopeandsurfaceprofilerteststhesurface

roughnessandsurfacemorphologyoftheregion.Thispaperanalyzesthelaserenergy

density,thespotoverlapandscanningmodeforultrafastlaserpolishingquality.The

orthogonalexperimentdesigncanbeclearlyanalyzestheimportanceoffactorsarein

polishingeffect.Andthesinglefactorexperimentdesigncanbeclearlyanalyzesthe

parameterlev