激光切割

激光切割
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    激光切割工程陶瓷时，主要通过以下几个作用来完成：气化切割、熔化切割、反应熔化
切割法以及热应力切割。在陶瓷材料的激光切割过程中，这四种切割原理不是完全独立的，具体通过哪种原理切割，决定于材料的热物理性能、工件厚度以及使用激光类型等切割条件。近年来，对陶瓷的激光切割技术的研究。
 
传统工艺的优化参数法
    该类方法基本借鉴金属材料激光加工的成熟工艺，仅通过优化工艺参数来实现加工目的。研究发现针对不同材料需要采用不同的激光激励方式，对于大多数陶瓷，脉冲激光切割方式是较好的选择。提高脉冲激光输出的峰值功率、降低脉宽至纳秒量级、减少重复频率、降低切割速度是该类方法有效减少激L输入对材料产生的过热影响，抑制裂纹产生的基本工艺。在无损切割速度的研究中，G．Lu等给出了激光功率、切割速度和材料厚度之间的关系式'指出对于一定厚度t的材料，存在一个最大切割速度v。要提高切割速度，实验证明在相同激光功率条件下，采用线聚焦方式的切割速度可比点聚焦方式提高5倍以上，线聚焦更好地增大了切割方向的热输入量，并减少了垂直于切割方向的热影响区。在优化参数的基础上，对相关加工附件的改进也是该研究方法的一个突破点。激光加工中辅助气体的超声速气流可有效减少热积累，抑制切割过程中的裂纹产生，但是超声速气流的气压大，作用在被加工材料上会产生类似于刀具加工的接触应力。通过对超声速喷嘴的创新改进，可使作用于材料表面的气体净压力为零，达到抑制机械压力损伤的目的。采用真空吸盘固定硬脆性陶瓷可以保持工件在激光加工过程中的受力均匀，减少因夹持预应力而增大材料产生裂纹乃至断裂的概率。    
    在该类研究中，值得一提的是I．Black等对Al₂0₃基瓷砖进行的切割研究。他们通过优化切割速度、脉宽、喷嘴直径、气体类型及压力等措施，实现了该类厚板陶瓷的直线切割，并通过建立经验模型预测了该种方法针对不同厚度陶瓷的无裂纹切割速度。实验所用瓷砖型陶瓷一般具有较低的密度，疏松的结构可以为应力积累提供很好的释放空间。但是在对尖角的切割中，由于过烧产生了难以控制而无法避免的裂纹。Al₂0₃基陶瓷相比其他陶瓷具有热膨胀系数低及弹性模量低的特点，对热应力产生的断裂阻力高，因此Al₂0₃陶瓷厚板激光无损切割的成功还不能完全表示所有陶瓷都可以采用类似的切割工艺。
 
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