一种新的金刚石合成方法——强激光冲击合成金刚石的初步研究

简要叙述了激光技术的特点及其在金刚石合成方面的应用。在溶胶凝胶法制备碳膜的基础上,采用强激光冲击处理合成了金刚石微晶;以激光喇曼光谱为主要测试手段,分析了合成产物的成分和粒度,研究了激光工艺参数对石墨成分转变的影响作用。并对试样进行了扫描电镜分析,指出了在激光冲击产生的非平衡态热力学条件下,存在着石墨向金刚石转变的趋势;讨论了其转变机理。     

激光激发单模兰姆波的有限元模拟

针对激光超声技术中如何提高超声信号强度的问题,建立激光作用在铝板材料中激发超声波的理论模型,采用有限元方法对环状阵列激光源激发的超声波进行数值模拟.通过调节环状激发源的个数及间距,优化加载模型,得到了超声信号强度和信噪比均较高的加载模型结构.并利用FFT变换提取出超声信号的频率,计算出超声兰姆波波包的群速度.结果表明,该加载模型下激发的超声模式为能量高、频散小、且在整个板内部均有一定振动能量的A0模式兰姆波.这一结果可对激光超声无损检测中激发光源的选择和模式优化有一定参考价值.     

激光选区烧结金属粉末的研究(英文)

采用激光选区烧结的方法 ,对铜、镍 -铜混合粉末进行了一系列激光烧结试验。分析了烧结过程中出现的现象 ,讨论了工艺参数对金属粉末烧结成形的影响 ,用带能谱的扫描电镜、X光衍射等手段分析了多层烧结体不同区域的成分、组织形貌和相结构特征。初步探讨了金属粉末直接烧结成形的基本机理 ,为金属粉末的激光快速成形提供了依据。     

金属板料的激光冲击变形分析及其实验研究

介绍了激光冲击变形机理和冲击波产生原因,并建立了激光冲击下的板料变形模型,且推导了板料变形量计算公式。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论,建立了激光冲击成形中激光-能量转换体-靶材系统爆轰波压力的估算式,并根据冲击波压力估算式估算所需激光脉冲能量,从而探讨了板料变形与激光能量、冲击波压力之间的关系,并进行实验研究。实验结果表明,板料厚度对变形量的影响与变形理论模型的分析基本相同,其变形量随厚度的增加而呈指数曲线减小,其轮廓形状也由小圆锥形逐渐向小球冠状变化。     

电磁波在等离子体高温气体中传输特性实验研究

针对高超声速飞行器头身部形成的等离子体鞘套对通信的影响,在中国空气动力研究与发展中心的粉末激波管上开展了电磁波在等离子体高温气体中传输特性的实验研究.实验中获得了等离子体气体中的电磁波透射率、电子密度和碰撞频率.实验结果表明:X波段和Ka波段电磁波在高激波马赫数Mas=16.1、1区气体压力P1=1200Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体高温气体中能量衰减大于30dB,难以传输;X和Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=15 9、1区气体压力P1=80Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体高温气体中能量衰减大于30dB,难以传输;X波段和Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=10.1、1区气体压力P1=80Pa的激波管实验状态下产生的高温等离子气体中平均传输损耗较小,可以进行有效传输;Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=8.9、1区气体压力P1=1200Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体气体中平均传输损耗小于1dB,可以进行有效传输.实验得到的等离子体高温气体中的电磁波透射率、电子密度和碰撞频率与理论计算值基本一致.     

激光辅助局部电化学沉积的试验研究

在局部电化学沉积加工体系中引入纳秒脉冲激光,利用激光辐照和局部电化学沉积的方法对铜进行三维微结构的沉积试验。分析了激光的热力效应对局部电化学沉积的作用机理。构建了激光辅助局部电化学沉积的试验系统,进行了沉积试验,并利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)和X射线能量色散色谱仪对电沉积体进行了检测。试验结果表明激光辅助局部电化学沉积相较于普通的局部电化学沉积,定域性好。随着激光能量的增加,沉积体的高宽比增加,定域性提高。同时,激光还可以减少阴极杂质的吸附,提高沉积体的纯度。     

EXCIMER LASER ABLATING OF LIQUID CRYSTAL POLYMER

利用波长为２４８ｎｍ的ＫｒＦ准分子激光对液晶聚合物材料进行了融蚀实验。系统研究了单位脉冲融蚀率及材料单位体积融蚀能量与入射激光能量密度之间的关系。结果表明,在恒定的激光能量密度下,融蚀深度与激光的脉冲数成正比。融蚀率是能量密度对数值的线形函数。单位体积融蚀能量与激光脉冲能量密度成正比。此外,由于热效应和加工所产生等离子体对激光能量吸收等因素的影响,融蚀率还与激光脉冲重复频率有关。     

直接金属粉末激光烧结温度场的数值模拟研究

初步建立了用于模拟直接金属粉末激光烧结过程中传热行为的数学模型，该模型考虑了诸如传导、辐射和对流等与烧结有关的热现象。给出了固相、液相和气相共存的金属粉末烧结体系导热系数的计算方法。考虑到激光束的持续移动，采用了坐标原点位于光斑中心的动坐标系来简化方程的求解计算。在绝热边界条件和热物性参数恒定的假设下，求得了在基模高斯光束近似作用下热传导方程的解析解。运用FORTRAN语言编写了运算程序．并对铜粉激光烧结的温度场进行了数值模拟，模拟结果与初步实验结果较为吻合。     

基于激光诱导炽光法进行碳烟测量的研究进展

激光诱导炽光法（Laser Induced Incandesence，LⅡ）是一种非接触式的光学诊断方法，可获得激光片光照射薄层内瞬时碳烟的二维分布，具有较高的时间与空间分辨率，已经成为一种重要的碳烟测量技术。本文首先介绍了LⅡ技术的发展历程和基本原理，然后从数值模拟、定性和定量测量3个方面详细综述了LⅡ用于碳烟测量的技术方法以及国内外的研究进展，并对今后的发展提出了建议。实现定量测量的标定方法主要有采样法、LⅡ结合消光法（Light Extinction Method，LEM）和双色法LⅡ（2-Color Laser Induced Incandesence，2C-LⅡ），其中2C-LⅡ因实现相对简单，可以在线实时标定，因此在国内外获得了较大的发展。本文通过总结国内外LⅡ技术在测量碳烟方面的研究成果，希望让国内同行了解该方法的研究现状以及该方法在揭示碳烟生成氧化机理方面的重要作用，为其今后的发展提供一些参考。     

高频感应辅助激光熔覆MCrAlY涂层的微观组织及其抗氧化性能

利用高频感应辅助激光熔覆技术在镍基高温合金表面制备了MCrAlY涂层,与激光直接熔覆制备的MCrAlY涂层进行对比研究。采用扫描显微镜、X射线衍射仪及能谱仪对涂层的微观形貌和组织结构进行了分析。结果表明,在高频感应辅助的作用下,涂层的温度场发生了改变,温度梯度降低,涂层中的Al元素有充分的时间上浮,在涂层表面形成了大量的Al2O3陶瓷相,使得涂层的抗氧化性能明显提高。同时,涂层的横截面呈现网状结构,其主相仍以γ-NiCo相为主,而Y元素在黑色区域为富集形态,可以净化晶界,减少由晶界产生内应力,改善涂层的成型性能。     

激光烧结铸造型壳强度试验分析

利用激光烧结快速成型技术可以烧结覆膜陶瓷材料，形成然造用型腔壳体并直接应用于铸造，制作金属零件，由于在快速原型制造领域所使用的激光器功率普遍较低，因此，无法实现真正意义上材料的直接烧结，目前所能实现的是覆膜陶瓷的间接烧结，即利用激光融凝陶瓷表面涂覆的有机物薄膜，使陶资粉末粘结成一个原型壳体。由此形成的壳体原强度较低，不能直接用于铸造。因此，二次烧结作为一种后处理工艺用于提高壳体强度，与烧结工艺参数对原型壳体强度的影响同等重要。通过试验分析，在烧结工艺参数中，扫描间隔和扫描速度是影响原型壳体强度的主要因素，其直接影响烧结原型第一强度的变化。二次烧结后处理可以大幅度提高壳体的二次强度，满足铸造对壳体的强度要求，最后以整体叶轮的快速制造为例，验证了上述结论。     

激光热应力板料成形角变形分析

为了精确预测板料直线扫描时的角变形,本文采用简化约束模型分析了板料的变形历史和应变产生机制,在加热区域内将激光热应力变形过程分为3种不同的情况:(1)板料上下表面仅产生弹性变形;(2)板料上表面产生弹性变形和塑性变形,下表面仅产生弹性变形;(3)板料上下表面均产生弹性变形和塑性变形。通过对热变形第一种情况进行分析,提出了最小移动能量密度的概念,并推导出了板料产生热变形所需要的最小移动能量;针对热变形第二和第三种情况分别建立角变形解析模型,试验结果验证了该模型具有较高的精度。     

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。     

Theoretical and Experimental Investigation of Laser Milling Assisted with Jet Electrochemical Machining

In laser milling assisted with jet electrochemical machining （LMAJECM）, the source of energy is a pulsed laser beam aligned coaxially with a jet of electrolyte, which focuses optical energy on the surface of work- piece. The impact of jet of electrolyte develops a state-of-art work to perform operations such as electrolytic etch- ing, effective cooling, and transportation of debris. Therefore, a special jet cell is designed to obtain stable jet as to be a kind of noneontact tool, i. e. , electrode. According to the theoretical model of on-off pulse time process, laser machining and electrolytic anodization are simulated by finite element analysis （FEA） method. Grooves on a 0.5 mm thick 321 stainless steel sheet produced by LMAJECM is performed with pulsed Nd：YAG laser at the second harmonic wavelength. Compared with laser milling under ambient atmosphere conditions, the recast layer and burrs are effectively diminished. And the accuracy of depth is dedicated to laser milling, whilst that of width is dominated by jet electrochemical machining. It is demonstrated that LMAJECM can be a highly potential approach for fabricating 3-D micro components.     

机械合金化法制备碳钢管内壁NiCrAlY涂层及激光重熔

利用行星球磨原理,以NiCrAlY粉末为原料,采用机械合金化(MA)工艺在碳钢管状零件内壁制得NiCrAlY合金涂层,并利用CO2激光器对涂层进行激光重熔处理.采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)及维氏硬度试验研究了激光重熔前后涂层的显微组织及性能变化.结果表明,在球磨转速为400 r/min,球磨时间为10h的工艺条件下,在零件内表面形成结合性较好的涂层,其厚度约为40μm;激光重熔后,其组织结构更均匀致密.     

小型化TDLAS发动机测温系统的研究及进展

在吸气式发动机研究中,需要监测其进气道气流流场分布、燃烧室温度分布和燃烧产物浓度来验证燃烧室内的燃烧理论模型并最终改进发动机设计;同时,这些参数的实时获取还可以用来控制发动机工作状态以实现燃烧效率优化。TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术具有结构紧凑、响应快速、灵敏度高和非入侵式测量等优点,在高温、高速和剧烈振动等恶劣工作环境下可实现随机飞行的发动机测量,因此被国外多家研究机构采用。调研了高超声速燃烧发动机研究项目 HIFiRE及其在传感器小型化方面所采用的技术手段,介绍已有的小型化设计思路和取得的进展。已集成的小型化系统体积为30×15×10cm3,重量<5kg,功耗<10W。经验证,该系统可在发动机地面试验条件下稳定工作,给未来随发动机飞行的小型化测温系统设计提供了参考。     

激光束诊断及其在激光测速中的应用

随着激光技术的发展和应用的复杂化，人们把注意力深入集中到激光束剖面特性的质量。过去那些用烧蚀斑和目视分析散射光斑等方法已经远远不能适应现代激光工艺和应用对激光束质量评定的要求。本文介绍应用电子图像方法诊断激光束的新技术。并将其应用于激光测速的光束诊断和监控。为改善激光流动测量的性能提供了有效的手段。     

用脉冲光屏法测量高温等离子体流场中的粒子

粒子场测量技术目前广泛用于气液、气固两相流中，但是在等离子体流场中的粒子测量目前尚未很好解决。本文采用序列脉冲激光屏多次曝光摄影法，克服了流场的严重干扰，在电弧加热器等离子体流场中，对飞行速度达２０００ｍ／ｓ的粒子实验获得成功，得到某一截面内粒子的尺寸、空间分布及数密度等参数。