[发明专利]一种多孔陶瓷的准分子激光抛光及检测方法

说明书

本发明公开了一种多孔陶瓷的准分子激光抛光和检测方法，其特征在于，包括以下步骤：利用表面粗糙度分析设备扫描多孔陶瓷待加工面的表面轮廓，使用光束均匀器和聚焦透镜实现准分子激光光束的聚焦和匀化，确定抛光用准分子激光的离焦量，规划表面的扫描路径，调整准分子激光的参数，测定多孔陶瓷的烧蚀阈值F_th，调节准分子激光的输出能量对多孔陶瓷进行抛光，计算抛光前多孔陶瓷的表面凸出粗糙度，计算抛光后多孔陶瓷的表面凸出粗糙度。本发明的方法对多孔陶瓷的热力影响小，不会引起陶瓷材料颗粒剥落、脆断等问题，对抛光材料的尺寸、形状无要求，能够实现薄膜、曲面甚至部分内部结构的抛光，提高了多孔陶瓷抛光效果的辨识度和准确度。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及多孔陶瓷的抛光。

背景技术

多孔陶瓷具有透过性好、密度低、硬度高、耐磨性好、热导率低等特点，可实现减重、隔热、吸声、过滤、催化等作用，在航空航天、机械、化工、光电、能源、生物等诸多领域应用广泛。陶瓷材料硬度高、脆性大的特点使其加工困难，但是，多孔陶瓷的表面粗糙度影响着多孔陶瓷零件的表面附着性、透过性、振动和噪声等性能，尤其对于多孔陶瓷轴承与轴套、电子发射器件等，直接影响转动噪声、膜层结合能力等重要参数。

目前常用的陶瓷抛光方法包括机械法、化学法、激光抛光等。由于多孔陶瓷材料孔隙间的结合相比致密陶瓷更为薄弱，机械法等接触法在加工过程中更容易造成颗粒剥落、局部脆断，容易造成表面缺陷或划痕等，剥落的颗粒还可能进入孔隙形成杂质物。化学法等反应抛光的方式不仅会腐蚀陶瓷表面突出结构，还会腐蚀孔隙，影响孔隙结构，难以实现多孔陶瓷表面的抛光。相比之下，激光抛光对多孔陶瓷具有显著的优势，其中CO₂、YAG等激光抛光方式会在材料表面生产大量的热量，引起材料的熔化与烧结，使少量尖峰材料熔化填入到波谷使表面变得光滑，虽能达到抛光的效果，但热影响区大，反应产物可能阻塞材料原本的孔隙，会影响多孔陶瓷材料的性能，而准分子激光具有输出能量更高、波长更短、激光单光子能量更大的优势，容易通过破坏材料表面的化学键实现对材料的冷抛光，是进行多孔陶瓷抛光的理想光源之一。

同时，目前对材料粗糙度表征的方式虽然包括了轮廓算术平均偏差Ra、轮廓最大高度Rz、轮廓单元平均宽度Rsm等，但这些参数均根据材料表面轮廓的峰值与谷值计算。受多孔陶瓷材料表面大量分布的孔隙影响，其计算结果对陶瓷表面凸起部分的检测程度是有限的，降低了多孔陶瓷表面孔隙外部分平整程度检测的辨识度。

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种多孔陶瓷抛光和检测的方法。

发明内容

为了实现多孔陶瓷的有效抛光和检测，减少对孔隙的影响及孔隙存在对粗糙度检测的影响，本发明提出了一种利用准分子激光抛光多孔陶瓷的方法及其检测方式。通过检测多孔陶瓷的表面轮廓，分析其孔隙尺寸、间距等信息，对准分子激光光束进行匀化和聚焦处理，根据孔隙尺寸、间距和扫描光斑的尺寸确定多孔陶瓷抛光的扫描路径，通过实验测定实验条件下多孔陶瓷的烧蚀阈值，调节准分子激光的离焦量、能量密度、入射角度，利用略高于陶瓷烧蚀阈值的能量对激光进行抛光，使陶瓷表面的尖峰位于准分子激光烧蚀的区域内通过汽化去除，而尽力降低对波谷的影响；通过分析抛光前陶瓷的表面轮廓确定陶瓷表面的基准线，利用该基准线上方的尖峰面积计算抛光前后陶瓷的表面粗糙度。由于准分子激光烧蚀热影响区很小，通过合理调整入射角度、扫描路径，该方法可实现多孔陶瓷材料的抛光，并计算抛光前后多孔陶瓷的表面粗糙度，尽力降低对孔隙结构和孔隙对粗糙度表征的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种多孔陶瓷的准分子激光抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

①利用表面粗糙度分析设备扫描多孔陶瓷待加工面的表面轮廓，作基准线将一定长度的轮廓分成两部分，使上、下两部分轮廓线与基准线之间所包含的面积相等，定义上部分为峰值，下部分为谷值，确定孔隙的平均尺寸和间距；