[发明专利]一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料超快激光精密刻蚀加工方法

说明书

本发明提供一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料超快激光精密刻蚀加工方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，使用超快激光器产生超快激光脉冲，对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行扫描刻蚀加工；步骤S2，对步骤S1完成后的粗糙刻蚀表面填入陶瓷粉末，填平后恰好满足与表面凸起的陶瓷颗粒最高水平面齐平；步骤S3，对所述填入陶瓷粉末的表面再次进行超快激光刻蚀加工，直到填充的陶瓷粉末蚀除干净；步骤S4，判断是否实现对粗糙刻蚀表面凸起的陶瓷颗粒凸出部分去除，若否，转到步骤S2，若是，结束刻蚀加工。本发明可以降低陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工表面粗糙度，提高加工精度。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料超快激光精密刻蚀加工，属于先进制造技术领域。

背景技术

复合材料作为我国目前新材料发展的重点，金属基陶瓷颗粒增强复合材料以其低成本、优异性能被认为是最具前途的复合材料，目前主要在航天航空、电子封装及汽车动力装置领域应用。但是，传统刀具及电火花加工存在一定问题且对复杂构件加工存在局限性，于是限制了该种材料的商业化推广。

超快激光脉冲，一般是指脉冲宽度小于10 ps的激光脉冲。超快激光材料加工，是一种无接触、无应力、精致、细密、逐点去除的精密加工过程。一方面，由于脉宽极短，使得激光在材料中光学、热学穿透长度很短，一般仅为几个纳米，且单脉冲刻蚀深度很浅，一般仅为几十个纳米，对材料的热影响几乎可以忽略。另一方面，由于与材料作用时间极短、脉冲峰值能量密度高，可以实现金属、半导体、陶瓷、透明材料等几乎任何材料的加工(肖荣诗,张寰臻,黄婷. 飞秒激光加工最新研究进展.机械工程学报,2016,52(17):176-186)。尽管如此，超快激光对金属基陶瓷颗粒增强复合材料的刻蚀加工还不成熟。

基于金属与陶瓷两种材料不同的热学、光学性能，金属基体与陶瓷颗粒在超快激光刻蚀中表现出不同的刻蚀速率，使刻蚀表面呈现特殊形貌。以超快激光刻蚀碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）为例，表面形貌为颗粒凸显、基体凹陷（H.Z. Zhang, H.Y.Wang, F.F. Liu, L.Wang. Investigation on femtosecond laser ablativeprocessing of SiCp/AA2024 composites. Journal of Manufacturing Process, 2020,49:227-233）。目前，超快激光对金属基陶瓷颗粒增强复合材料的精密均匀刻蚀尚存在困难。

由此，超快激光对陶瓷颗粒增强金属基复合材料精密加工的实现，需要一种新的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于陶瓷颗粒增强金属基复合材料超快激光精密刻蚀加工的方法，使得刻蚀表面平整、粗糙度降低。

本发明的技术方案如下。

本发明提供了一种用于陶瓷颗粒增强金属基复合材料超快激光精密刻蚀加工的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，使用超快激光器产生超快激光脉冲，对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行扫描刻蚀加工；

步骤S2，对步骤S1完成后的粗糙刻蚀表面填入陶瓷粉末，填平后恰好满足与表面凸起的陶瓷颗粒最高水平面齐平；

步骤S3，对所述填入陶瓷粉末的表面再次进行超快激光刻蚀加工，直到填充的陶瓷粉末蚀除干净；

步骤S4，判断是否实现对粗糙刻蚀表面凸起的陶瓷颗粒凸出部分去除，若否，转到步骤S2，若是，结束刻蚀加工。

优选的，所述陶瓷颗粒增强金属基复合材料的加工表面为水平面，所述超快激光的激光光束垂直加工表面。

优选的，所述步骤S1使用所述超快激光的脉冲能量密度最低值可实现对金属基体的刻蚀，使用所述超快激光的脉冲能量密度最高值可实现对金属基体及陶瓷颗粒的刻蚀。