[发明专利]一种激光修复与抛光陶瓷零件的方法

说明书

本发明公开了一种激光修复与抛光陶瓷零件的方法，包括清洗陶瓷零件，将陶瓷零件装配至三维移动平台；扫描所述陶瓷零件的表面轮廓，将所扫描的轮廓模型与标准模型相对比，划分出所述陶瓷零件表面的刻蚀区、抛光区、烧结区；利用准分子激光设备加工所述刻蚀区；对烧结区进行预置送粉，利用长波长激光进行烧结修复；对所述烧结区进行粗抛光；进行加工区整体抛光；扫描所述陶瓷零件的表面粗糙度，完成准分子激光抛光过程。本方法可控性好，便于实现自动化生产，能够实现微区的精密加工，对任何曲面、任意部位进行处理，显著降低对陶瓷基体的影响，保证零件修复与抛光的精度、质量和效率。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及激光修复与抛光陶瓷零件。

背景技术

结构陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、强度高等优异的性能，广泛应用于航空航天、机械、电子、能源、化工等领域，是制造飞机燃烧器部件、洲际导弹的端头、轴承、滚珠、机械密封部件、模具等的重要材料。但是陶瓷硬度高、脆性大的特点使它的成型加工困难，容易产生表面尺寸不足和表面缺陷如微裂纹、孔隙、微区剥落等，使用过程还可能由于磨损或受热引起微量塑性变形与微裂纹，严重影响陶瓷零件的表面质量和精度。这些缺陷还常常造成零件工作过程的隐患，显著降低零件的可靠性及工作寿命，极大地限制了陶瓷零件的应用范围。

目前，国内外解决脆硬性的陶瓷零件表面缺陷的主要方法是进行抛光处理。激光抛光作为非接触式抛光方法近年来备受关注，它通过激光对材料的热作用与光化学作用进行材料的微量去除，适用于脆性材料的加工。相比YAG激光及CO2激光等长波长激光，准分子激光输出能量更高、波长更短、激光单光子能量更大，容易通过破坏材料表面的化学键实现对材料的冷抛光，是进行陶瓷零件抛光的理想光源之一。

但是，由于通过微量去除达到降低表面粗糙度的目的，抛光处理无法完全消除表面已存在的的深孔隙与裂纹，不能解决零件变形或成型收缩过量造成的尺寸微量不足等问题，不能提高零件的尺寸精度或形状精度。为使陶瓷零件达到理想状态，往往需要多种修复工艺与抛光处理进行配合，多次的装夹、加工会显著地影响零件的成品率、加工效率、尺寸精度等。如能在抛光的同时对陶瓷零件微缺陷及尺寸微量偏差进行修复，将极大地提高陶瓷零件成品率、表面质量与加工效率。

发明内容

为了实现同时有效修复陶瓷零件表面的深孔隙与裂纹、尺寸微量不足，提高零件的尺寸精度与几何形状精度，并降低陶瓷零件的表面粗糙度，本发明提出了一种利用激光修复与抛光陶瓷零件的方法。结合长波长激光(如CO₂激光)能够实现微区陶瓷粉料烧结、短波长的准分子激光适用于进行微区陶瓷材料去除的特征，本发明通过扫描陶瓷零件的加工区域、对比分析三维模型，划分加工区域为刻蚀区、烧结区和抛光区，在刻蚀区进行短波长激光刻蚀去除深度裂纹，并对该区域和烧结区预置陶瓷粉末，利用长波长激光进行烧结、准分子激光进行烧结区域的粗抛光和加工区域的整体抛光。该方法具有可同时实现陶瓷零件区域或整体微缺陷、尺寸微量偏差的修复和零件的抛光，提高陶瓷零件的表面质量、尺寸和形状精度，易于实现自动化生产的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种激光修复与抛光陶瓷零件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1清洗陶瓷零件，将陶瓷零件装配至三维移动平台；

S2扫描所述陶瓷零件的表面轮廓(1)，将所扫描的轮廓模型与标准模型(2)相对比，划分出所述陶瓷零件表面的刻蚀区(3)、抛光区(4)、烧结区(5)；

S3利用准分子激光设备(6)加工所述刻蚀区；

S4对所述烧结区进行预置送粉，利用准分子激光设备的长波长激光进行烧结修复；

S5利用准分子激光设备对所述烧结区进行粗抛光；

S6利用准分子激光设备进行加工区整体抛光；