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飞秒激光在硅表面微结构加工的研究的开题报告
飞秒激光在硅表面微结构加工的研究的开题报告一、选题背景：随着科技的不断进步和人们对高精度、高质量制造的要求越来越高，微细加工技术越来越得到重视。
硅是一种重要的半导体材料，被广泛应用于电子、光电、微机电系统（MEMS）等领域。
硅表面微细加工技术对于制造微纳器件、集成电路和MEMS 器件具有十分重要的意义。
激光加工作为一种微细加工技术，具有非常优越的加工特性，可以实现高精度、高效率、非接触加工，因此在微细加工领域得到广泛应用。
其中，飞秒激光加工是一种非常具有前景的微细加工技术，其利用强烈激光脉冲在目标材料表面产生高温、高压等暂态效应，从而实现微细加工。
因此，本课题选取了硅表面微结构加工这一热点课题进行研究。
二、研究内容：本课题旨在研究飞秒激光在硅表面微结构加工中的加工特性、机理和优化方案。
具体包括以下几个方面：1. 飞秒激光在硅表面微结构加工中的加工特性：采用不同能量、不同频率和不同脉冲宽度的飞秒激光，对硅表面进行微结构加工，并研究其加工质量、加工速率和加工精度等特性。
2. 飞秒激光在硅表面微结构加工中的机理研究：通过SEM、TEM、AFM等表征手段，分析飞秒激光在硅表面微结构加工中的机理，探究其加工过程中的诸多物理和化学效应机理。
3. 飞秒激光在硅表面微结构加工中的优化方案：通过对不同参数的飞秒激光进行对比分析，找出最优加工参数，实现最高的加工质量和加工效率。
三、研究意义：本课题的研究成果旨在深入探究飞秒激光在硅表面微结构加工中的特性和机理，为微纳制造和MEMS器件制造等领域提供一种高效、高精度的微细加工技术，具有重要的应用前景和经济价值。
同时，本研究也可为飞秒激光在其他材料的微细加工中提供参考和借鉴价值。
四、研究方法：本课题将采用实验研究方法，通过搭建飞秒激光加工实验系统，进行硅表面微结构的加工实验。
对所得到的加工结果进行表征和分析，从而得到加工特性、加工机理和加工优化方案等有意义的研究结果。
同时，本课题还将采用理论计算和仿真分析的方法，结合实验结果，深入探究飞秒激光在硅表面微结构加工中的加工机理。
飞秒激光微结构加工工艺的研究的开题报告
飞秒激光微结构加工工艺的研究的开题报告一、选题的背景与意义在现代制造业中，微结构加工技术已经成为一项重要的技术。
飞秒激光技术是一种常用的微结构加工方法之一，该技术具有非常短的脉冲宽度和高峰功率，能够实现高精度、高效率的微观加工。
因此，飞秒激光微结构加工技术在微纳加工、生物医学、光电子等领域具有广泛的应用前景。
本选题基于飞秒激光微结构加工技术，旨在研究该技术在微纳加工中的应用与发展，探究飞秒激光微结构加工的工艺、优化方法和加工效果，为该技术的推广与应用提供理论依据。
二、研究内容1. 飞秒激光微结构加工工艺的理论与研究进展2. 飞秒激光微结构加工的工艺参数优化方法和评价指标3. 飞秒激光微结构加工过程中的热效应及其影响因素4. 飞秒激光微结构加工在微纳加工中的应用与发展三、研究计划与预期目标1. 飞秒激光微结构加工工艺的理论与研究进展：总结已有的研究成果，分析该技术的工艺特点及其在微纳加工中的应用情况。
2. 飞秒激光微结构加工的工艺参数优化方法和评价指标：通过对工艺参数的实验研究，建立最优参数的优化模型，并介绍加工质量评价指标的选择和实现方法。
3. 飞秒激光微结构加工过程中的热效应及其影响因素：研究飞秒激光微结构加工过程中的热效应产生的机理及其影响因素，并提出相应的解决方案。
4. 飞秒激光微结构加工在微纳加工中的应用与发展：探究该技术在微纳加工领域的应用前景，研究该技术的发展趋势并提出进一步的改进方案。
预期目标为：深入研究飞秒激光微结构加工技术，提高该技术在微纳加工领域的应用水平，为相关领域的科学研究和产业应用提供有力支撑。
四、研究方法和技术路线研究方法：采用实验研究和文献调研相结合的研究方法，通过实验获得飞秒激光微结构加工的工艺参数和加工效果等数据，对文献中的概念和理论进行整理和提炼，综合分析研究结果，总结飞秒激光微结构加工的工艺规律，为实现优化的飞秒激光微结构加工提供支持。
技术路线：通过文献调研、实验研究、数据分析等方法，系统研究飞秒激光微结构加工技术，探讨其特点和优化方法，分析其在微纳加工中的应用，提供该技术的推广与应用的理论基础。
激光加工微孔工艺优化设计及其结构研究开题报告
毕业设计（论文）开题报告学生姓名：郑科城学号：3120707029专业：无机（光电材料）班级：光电1202设计（论文）题目：激光加工微孔工艺优化设计及其结构研究教师：王云龙2016年3月4日一、与本课题有关的国内外研究情况：激光打孔是一种最早达到实用化的激光材料加工技术。
激光打孔技术具有精度高,通用性强,效率高,成本低及综合技术经济效益显著,已成为现代制造领域的关键技术之一。
目前,工业发达国家激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。
用激光打孔的零部件有飞机机翼、飞机防冰系统、航空涡轮发动机燃烧室及涡轮叶片、仪表宝石轴承、集成电路基板、燃油泵、喷油嘴、过滤器、记忆装置的铁淦氧体薄片、接触透镜等。
上世纪80年代的中、后期,以美国、德国为代表的工业发达的国家己将激光加工深微孔技术大规模的应用到飞机制造业等行业。
美国通用电器公司在涡轮叶片、喷嘴、外罩等打出直径为0.127~1.27mm，深度为1524mm的小孔；美国一家发动机制造厂对涡轮发动机零件进行数万个冷却孔激光加工，孔径为0.25~1.25mm在透平压缩机燃料室衬砌里加工直径为1.17~12.5mm的小孔多个，且大多数孔对工件表面成25°角；英国的一家公司用高功率的激光束精确可控的加工小孔,在0.05英寸厚的不锈钢和钦板上加工出孔径为0.025英寸的小孔35万个；原苏联基辅工学院用工业激光器在硬质合金毛坯上打中心孔,孔径为0.6~1.0mm，深度为6mm；瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20μm到80μm的微孔。
进入上世纪90年代，激光打孔朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展。
例如,在飞机机翼上打上5万个直径为0.064mm的小孔,可以大大减少气流对飞机的阻力,取得节油的效果。
丹麦一家公司研究出高速打孔技术,在3mm厚的不锈钢材料上以65孔/秒的速度打孔,而在1mm厚的不锈钢上以100孔/秒的速度打出高质量的孔,以这样超级打孔的速度在1小时内可加工出以往需要5天才能打出的同样数量的孔；日本在1mm厚的氮化硅板上打出孔径0.2mm的孔,在0.05mm的陶瓷薄膜上加工出孔径0.02mm的孔；美国TRS公司利用激光打孔设备加工飞机防冰板上的群孔,孔径为0.06mm,每块板有3.5万个孔(防冰板尺寸为:1.8m×0.15m)；美国伯罗兹公司的电子元件分公司在制造一种自动扫描荧光屏时,利用激光在此屏幕的厚度为76.2μm的金属阴极上精密地打出直径为50.8μm 的微孔1.6万个,福特汽车用Robomatix400W激光加工系统,分成两束,在8轴龙门机床上,对Aerostor行李车车顶箱支架打孔,两路光束在30秒钟内各打5个孔；欧盟于1999年完成了旨在研究激光亚微米加工的BRITE EURAM计划,实现了借助激光亚微米加工的高精度微型零件和光学模具结构的大批量生产。
飞秒激光微纳加工系统及功能器件工艺研究的开题报告
飞秒激光微纳加工系统及功能器件工艺研究的开题报告一、研究背景与意义目前，飞秒激光技术在微纳加工方面已逐渐展现出其独有的优势。
由于其极短的脉冲宽度和高峰值功率，能够在微米或纳米级别上进行加工，不仅具有精度高、效率高、损伤小等优点，而且能够对传统加工难以实现的微型功能结构进行处理，广泛应用于微电子、生物医学、光学器件等领域。
但是，飞秒激光微纳加工涉及多个复杂的光学、光电、材料学等领域，如何有效地实现微纳加工系统的设计和功能器件的制备，是长期以来被研究者广泛关注的问题。
基于上述背景，本研究旨在探究飞秒激光微纳加工系统及功能器件制备的工艺研究。
通过对系统和器件的物理、化学特性进行深入分析，构建出完整的微纳加工系统，同时研究制备具有复杂功能的微纳器件技术，为解决微纳器件制备中存在的难点和问题提供新的思路和方法，拓展微纳加工领域的发展空间。
二、研究内容和方法本研究将从以下三个方面开展：1.飞秒激光微纳加工系统设计与构建：该部分将通过对飞秒激光微纳加工系统的光学、机械等关键技术进行研究和优化，设计出具有高精度、高效率、高稳定性的飞秒激光微纳加工系统。
2.微纳器件加工工艺研究：该部分将通过采用不同光刻技术和光刻材料，研究和优化具有特定功能的微纳器件制备工艺，包括纳米线、微型耦合器、光子晶体等。
3.应用研究：该部分将以微光电子、生物医药等领域为例，应用设计好的飞秒激光微纳加工系统和微纳器件制备技术，探究不同应用场景下的实际效果和应用前景。
在研究方法上，本研究将采用理论分析、实验验证相结合的方法，通过对光电材料的性能、加工光学特性等的解析，对系统及其组件进行优化设计；同时利用各种先进的光刻、纳米加工技术，对器件的加工工艺进行试验研究，并通过不同领域的应用实例验证其实际效果。
三、预期成果和意义本研究旨在探索和优化飞秒激光微纳加工系统及其功能器件制备工艺，预期成果如下：1.设计和构建能够实现高精度、高效率、高稳定性微纳加工的飞秒激光微纳加工系统。
飞秒激光超微细加工及应用研究的开题报告
飞秒激光超微细加工及应用研究的开题报告一、研究背景和意义：随着科学技术的不断发展和应用领域的不断扩大，现代工业已经逐渐进入了微米、纳米甚至更小的时代。
与此同时，高精度、高质量及超微米加工技术对于现代工业的发展和创新产生了不可忽视的作用。
飞秒激光超微细加工技术由于其高精度、高效率、高质量、低热影响等优点，被广泛应用于微加工领域。
该技术具有广阔的应用前景和极高的市场需求，因此在该领域展开研究是非常有必要的。
二、研究内容：本研究主要针对飞秒激光超微细加工及其应用展开深入的研究，主要包括以下内容：1. 飞秒激光的物理基础和加工原理研究。
2. 飞秒激光超微米加工过程中的加工参数研究。
3. 飞秒激光超微米加工技术在微加工领域中的应用研究。
4. 飞秒激光超微米加工技术在生物医药领域中的应用研究。
5. 飞秒激光超微米加工技术在光电器件领域中的应用研究。
三、研究方法：本研究主要采用文献资料法、实验研究法和数值模拟法等研究方法：1. 文献资料法：通过收集、整理和分析相关文献资料，深入了解飞秒激光超微细加工技术的研究现状、加工原理和应用领域。
2. 实验研究法：通过构建实验平台，进行飞秒激光超微米加工实验，研究加工参数对加工质量的影响，探索该技术在微加工领域以及其他应用领域中的应用。
3. 数值模拟法：通过数值模拟方法，对飞秒激光超微细加工过程进行建模和仿真，探究加工过程中的物理机制和参数优化，并进行验证分析。
四、研究进度：本研究已经完成了文献资料的收集和整理，并初步了解了飞秒激光超微细加工技术的研究现状和应用领域。
接下来将进行实验研究和数值模拟分析，以深入研究该技术的加工过程和应用。
五、研究预期成果：通过本研究的深入开展，预期可以获得以下研究成果：1. 建立了飞秒激光超微米加工过程的数值模型，进一步认识其物理机制和加工参数的优化。
2. 对飞秒激光超微米加工过程中加工参数和加工质量之间的关系进行了深入研究。
3. 探索了飞秒激光超微米加工技术在微加工、生物医药和光电器件等领域中的应用，并提出了相关的技术改进建议。
激光微细加工研究的开题报告
激光微细加工研究的开题报告
一、研究背景
随着现代科技的不断发展，微细加工技术在各个领域中得到了广泛的应用。
激光微细加工技术作为一种高精度、高效率的微细加工技术，已经成为了微纳制造领域中不可缺少的一部分。
激光微细加工技术主要以激光束作为加工工具，对不同材料进行微米级的加工和切割，被广泛用于电子、光电、生物医学、航空航天等领域。
二、研究目的
本研究旨在探究激光微细加工技术的工艺特性，研究激光微细加工过程中影响加工精度和加工效率的因素，进一步优化激光微细加工工艺和设备，提高加工质量和效率。
三、研究内容
1. 激光微细加工技术的原理和发展历程；
2. 激光微细加工中的关键技术和相关设备；
3. 影响激光微细加工精度和效率的因素分析；
4. 针对各种材料的激光微细加工工艺参数的研究；
5. 激光微细加工技术在电子、光电、生物医学、航空航天等领域中的应用；
6. 激光微细加工技术未来的发展方向。
四、研究方法
本研究主要采用文献调研和实验研究相结合的方法。
首先对激光微细加工技术的文献进行梳理和分析，了解其基本原理、工艺特性和发展历程；然后根据研究目的，设计相关实验进行验证，探究影响激光微细加工精度和效率的因素，寻找最佳的加工工艺参数。
五、研究意义
本研究对于深入了解激光微细加工技术的特点和应用具有重要的意义。
通过系统的研究，可以为相关应用领域提供更好的加工解决方案，并且可以进一步推动激光微细加工技术的发展和应用，为国家工业制造升级与转型提供有力的支撑。
飞秒激光多光子微加工技术的研究的开题报告
飞秒激光多光子微加工技术的研究的开题报告飞秒激光多光子微加工技术是近年来兴起的一种微纳加工技术。
随着微纳技术的不断发展，加工精度和加工速度的要求也不断提高。
传统的纳米加工技术存在加工精度不足、加工速度慢、加工温度高、损伤大等问题。
飞秒激光多光子微加工技术以其具有的高精度、高速度、低损伤、低温度等优势出现在人们的视野中，并引起广泛关注。
本文将以此为研究对象，开展相关的探究。
1.研究背景传统的微纳机械加工技术存在的问题有较大的加工损伤、加工速率慢，很难将纳米加工技术应用到制造业，同时，现代工业对产品的精度和加工速度要求越来越高，纳米加工面临变革的机遇与挑战。
飞秒激光多光子微加工技术是近年来兴起的一种微纳加工技术，它以其高精度、高速度、低损伤、低温度等优势在纳米加工中具有广泛的应用前景。
当前，该技术已经在微电子、生物学、能源等领域展开了深入的研究。
但由于该技术本身的复杂性，研究报道较少，需要更进一步的理论分析和实验的验证。
2.研究目的本文旨在研究飞秒激光多光子微加工技术的工艺过程和机理，并探究其在微纳加工中的应用前景。
研究内容包括：（1）探究飞秒激光多光子微加工技术的原理和机理；（2）利用实验分析的方法探究不同参数对飞秒激光多光子微加工技术的影响，以及寻找最优加工参数；（3）探究飞秒激光多光子微加工技术在微纳加工中的应用前景。
3.研究方法本文将采用实验探究和文献综述的方法来开展研究。
（1）实验探究：本文将选取飞秒激光多光子微加工设备，采用参数调节和观察等方法进行加工工艺研究和实验验证，探究不同参数对飞秒激光多光子微加工技术的影响，包括脉冲能量、脉冲重复频率、扫描速度、激光波长等，以确定最佳加工参数。
（2）文献综述：本文将对相关文献进行分析和综述，了解飞秒激光多光子微加工技术的发展历程、应用现状和存在的问题。
4.研究意义本文将为飞秒激光多光子微加工技术的研究提供新的思路和实验结果，对于该技术的推广与应用具有扩展性和指导性的作用。
数控激光焊接工作台设计及焊接工艺优化系统研发的开题报告
数控激光焊接工作台设计及焊接工艺优化系统研发的开题报告一、项目背景随着工业化进程的加速，汽车、机械、电子等各个产业中需要大量精密零件的生产和制造。
而激光焊接作为一种高效率、高质量的焊接方式，具有在传统焊接工艺无法达到的优点，受到了广泛应用。
因此，研发一种数控激光焊接工作台设计及焊接工艺优化系统，对于提高焊接质量、节约生产成本、提高生产效率具有非常重要的意义。
二、项目内容本项目主要研究内容如下：1.数控激光焊接工作台设计：设计一个结构合理、稳定可靠、操作简单的数控激光焊接工作台，其中包括机床结构、控制系统等部分。
2.焊接工艺的优化：针对不同焊接对象，根据其材料性质和焊接位置，设计合理的焊接工艺。
3.自动化控制系统设计：设计具有高精度、高可靠性、自适应性的自动化控制系统，实现对焊接过程的实时监控及数据采集，并能够进行数据分析和处理，反馈到设备控制系统中进行调整和优化。
三、技术路线本项目的技术路线如下：1.数控激光焊接工作台设计：结合目前的市场需求以及对数控激光焊接工作台研究的现状，通过CAD软件进行整体结构的设计，采用有限元分析方法对关键部件进行强度分析和优化，并提取其参数进行生产。
2.焊接工艺的优化：采用响应面法和遗传算法等数学模型，对各种焊接工艺参数进行多因素探索和优选，结合实际焊接工艺要求，最终确定最优方案，达到最佳的焊接效果。
3.自动化控制系统设计：选用高精度的传感器进行数据采集，设计基于PLC控制的自动化控制系统，并依据实时数据对焊接工艺进行最优化调整。
四、预期成果本项目的预期成果如下：1.设计出一款稳定可靠、操作简单的数控激光焊接工作台，其焊接效率要比传统工艺高达30%以上。
2.设计出一种符合不同焊接对象要求的焊接工艺优化方案，实现焊接质量和效率的双重提升。
3.开发出一套具有高精度、高可靠性、自适应性的自动化控制系统，实现焊接过程的实时监控及数据采集。
五、研究计划本项目的研究计划如下：阶段一（3个月）：了解行业背景和研究现状，梳理相关文献、资料，研发出数控激光焊接工作台结构设计方案。
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（）开题报告学生姓名：郑科城学号：**********专业：无机（光电材料）班级：光电1202设计（）题目：激光加工微孔工艺优化设计及其结构研究*师：***20XX年3月4日一、与本课题有关的国内外研究情况：激光打孔是一种最早达到实用化的激光材料加工技术。
激光打孔技术具有精度高,通用性强,效率高,成本低及综合技术经济效益显著,已成为现代制造领域的关键技术之一。
目前,工业发达国家激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。
用激光打孔的零部件有飞机机翼、飞机防冰系统、航空涡轮发动机燃烧室及涡轮叶片、仪表宝石轴承、集成电路基板、燃油泵、喷油嘴、过滤器、记忆装置的铁淦氧体薄片、接触透镜等。
上世纪80年代的中、后期,以美国、德国为代表的工业发达的国家己将激光加工深微孔技术大规模的应用到飞机制造业等行业。
美国通用电器公司在涡轮叶片、喷嘴、外罩等打出直径为0.127~1.27mm，深度为1524mm的小孔；美国一家发动机制造厂对涡轮发动机零件进行数万个冷却孔激光加工，孔径为0.25~1.25mm在透平压缩机燃料室衬砌里加工直径为1.17~12.5mm的小孔多个，且大多数孔对工件表面成25°角；英国的一家公司用高功率的激光束精确可控的加工小孔,在0.05英寸厚的不锈钢和钦板上加工出孔径为0.025英寸的小孔35万个；原苏联基辅工学院用工业激光器在硬质合金毛坯上打中心孔,孔径为0.6~1.0mm，深度为6mm；瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20μm到80μm的微孔。
进入上世纪90年代，激光打孔朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展。
例如,在飞机机翼上打上5万个直径为0.064mm的小孔,可以大大减少气流对飞机的阻力,取得节油的效果。
丹麦一家公司研究出高速打孔技术,在3mm厚的不锈钢材料上以65孔/秒的速度打孔,而在1mm厚的不锈钢上以100孔/秒的速度打出高质量的孔,以这样超级打孔的速度在1小时内可加工出以往需要5天才能打出的同样数量的孔；日本在1mm厚的氮化硅板上打出孔径0.2mm的孔,在0.05mm的陶瓷薄膜上加工出孔径0.02mm的孔；美国TRS公司利用激光打孔设备加工飞机防冰板上的群孔,孔径为0.06mm,每块板有3.5万个孔(防冰板尺寸为:1.8m×0.15m)；美国伯罗兹公司的电子元件分公司在制造一种自动扫描荧光屏时,利用激光在此屏幕的厚度为76.2μm的金属阴极上精密地打出直径为50.8μm 的微孔1.6万个,福特汽车用Robomatix400W激光加工系统,分成两束,在8轴龙门机床上,对Aerostor行李车车顶箱支架打孔,两路光束在30秒钟内各打5个孔；欧盟于1999年完成了旨在研究激光亚微米加工的BRITE EURAM计划,实现了借助激光亚微米加工的高精度微型零件和光学模具结构的大批量生产。
其中包括用激光切割0.2mm厚、0.01mm宽的金属片,用激光在1mm厚的金属片上打直径为10μm的非锥形孔。
近年来,激光打孔技术己经广泛应用于高密度印刷线路板微通道打孔及芯片封装设备中,最新的世界微通道打孔信息显示,每年有超过300000万平方米的高密度多层印刷线路板是用激光来打孔的。
日木丰桥技术科学大学成功完成了晶体玻璃二维激光打孔实验,此技术可用于实现只对加工孔的尖端部进行加工的三维打孔技术。
国内近十年来,激光打孔技术发展也比较快,研究单位不断增加,应用领域不断扩大,激光打孔技术在拉丝模孔、手表宝石轴承孔、香烟水松纸孔、过滤筛孔、飞机发动机叶片群孔的加工中得到广泛的应用。
1993年我国的科研人员用激光在8mm厚的硬质合金上打出孔径为0.01~0.6mm的深微孔而在多种非金属材料上如人造钻石、陶瓷、玻璃、人类牙齿上打孔也相当的成功,孔径可达0.03mm,最小孔径可达到6μm,深度≥10mm,而且孔的圆度也较理想,但是在碳钢上利用激光打微孔的研究较少,尤其是系统研究含碳量对激光打孔质量影响的更少。
随着激光打孔技术的不断深入,激光器输出参数及激光器的种类、激光加工机的类型等都有了长足的发展。
国内外激光加工机生产技术日趋完善,激光打孔朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展,一般激光打微孔的孔径是指上孔径小于0.5mm的孔。
当前,激光打孔最常用的方法是采用Nd：YAG激光器以单脉冲方式进行打孔,其平均功率为350~500W,重复频率为30~100赫兹,脉冲能量为10J,环切一个孔的平均时间为4~10秒，脉宽为1ms,根据工业中的平均数据,单孔消耗能量为1200-1600焦耳。
中国大恒公司研制的激光打孔机,单脉冲能量5J,重复频率1、2、5、10、25、50Hz；分档可调。
平均功率100W；微机调控驱动X、Y平面工作台。
电子部11所研制的激光针头打孔机,孔径0.13~0.2mm；连续工作大于16小时以上。
但是由于零件的材料日益多样化多是高硬度、高强度的耐热钢、不锈钢、硬质合金、陶瓷、金刚石等难加工材料以及激光打孔过程所经历的高温烧融和冷却凝结的复杂过程导致在孔壁上存在再铸层和裂纹等问题,使得所加工的小孔质量差,重复性低,锥度大,精度尺寸受到影响,孔壁粗糙度一般在Ra=12.5μm左右,这对于零件的质量保证是极为不利的,同时也限制了激光打孔在工业中的广泛应用。
为了提高打孔质量，我们应根据激光打孔的一般原理和特点,对影响激光打孔的主要参数进行分析,找出激光打孔最佳加工参数的选择方法，从而实现激光加工微孔工艺的优化。
二、本课题研究的主要内容及方法：1、研究内容激光打孔是利用脉冲激光所提供的“106一108w/cm2”的高功率密度以及优良的空间相干性,使工件被照射部位的材料汽化蒸发,进行金属等硬质材料的打孔。
激光打孔过程是一个激光和物质相互作用的热物理过程,存在着许多不同的能量转换过程,包括反射、吸收、汽化、再辐射和热扩散等,它是由激光光束特性包括激光的波长,脉冲宽度,聚焦状态等和物质诸多的物理特性决定的,因此,影响激光打孔的因素很多。
本以发动机气膜冷却孔为研究背景，以叶片的高温合金材料为主要研究对象，进行激光打孔研究，主要研究内容为：1. 结合激光与物质相互作用的机理，系统的论证了激光打孔的基本原理。
利用有限元法，分析并解决了建立碳钢激光打微孔中热源模型的难题：非稳态问题、非线性问题及相变问题。
利用有限元分析软件对碳钢激光打微孔过程的温度场进行模拟分析，得出不同时刻及不同能量时其温度场分布情况。
2.选取含碳量不同的三种耐热钢，进行激光打微孔实验。
用高精度Lasag Nd:YAG激光器来进行实验，并用OLYMPUS BX51M光学显微镜读取数据，把模拟值与实验值进行了比较，为耐热钢激光打微孔实验参数的选取提供了依据。
3.在实验的基础上对激光打孔的工艺进行了分析和研究，得出了激光打孔中的参数：脉冲能量、脉冲重复频率、脉冲宽度、离焦量，对碳钢激光打微孔质量的影响情况以及这种影响情况随着含碳量不同的变化。
以镍基合金为主要打孔材料，研究输出能量、激光重复频率、脉冲宽度、离焦量、辅助气体等对打微孔工艺的影响。
4.工艺参数分析，总结合金激光打微孔作用机理并优化工艺参数。
三、本课题所需要解决的问题随着科学技术的发展和社会的进步，高硬度、高熔点材料的应用也越来越多，此外，更多高、精、尖产品的关键零部件为提高产品的性能设计有数量繁多的微小孔，且这些零部件都在极高温、极高压条件下工作，使用环境苛刻。
为此，难加工材料微小孔的优质、高效、低成本加工方面的研究已成为激光打孔应用中的重点研究问题，是工程界广泛关注的焦点。
激光打孔技术以其特有的优势在现代工业制造中越来越受到重视，在航空、航天、国防装备等领域，利用激光加工小孔具有极大的商业价值。
打孔过程中产生的再铸层和微裂纹对零件质量有很大影响,在选择打孔工艺方法时一定要注意该工艺方法所能达到的冶金质量水平。
激光打孔工艺适应性强,打孔效率高,可广泛用于新机研制和非转动热端部件的气膜冷却孔加工。
在气膜冷却孔加工中最严重的问题,就是再铸层及微裂纹的产生与控制。
过厚的再铸层和微裂纹对于发动机热端部件的质量,尤其对于涡轮工作叶片的质量有着很大影响,必须对其加以严格控制。
所以本课题就是根据激光打孔的特点与实际加工环境建立激光打孔的热力学模型，利用有限元分析软件对激光打孔过程的温度场进行模拟仿真，通过对模拟结果的分析，为实际打孔之前选择最优打孔参数提供参考，从而提高激光打孔的效率，减少各种浪费，从理论和实验两个方面共同分析和比较各激光工艺参数对打孔质量的影响，以达到工艺参数优化，提高打孔质量的目的。
四、预期结果及其意义：预期结果：1.通过对合金材料进行变能量激光打微孔量的实验，我们可以发现能量高时打出的孔较大。
2.通过实验我们还能知道脉冲宽度对打微孔的质量有影响。
进一步发现窄脉宽可以得到较大的孔径，而且形状也比较规则。
而当脉冲宽度变大时，激光能量主要以材料在打孔区域横向热传导方式表现出来，这时在材料破坏过程中，熔化过程占优势，较小的金属蒸汽压力不能把液相物质从孔内排除，使其无规律的重新凝结于孔内壁上，造成孔深度和孔的直径减小，孔的表面粗糙度降低，孔的尺寸精度下降。
3.在脉冲重复频率增加的过程中，孔径大小的变化不是很明显。
随着脉冲重复频率的增加，孔的锥度是增加的。
4.随着离焦量的增加，孔的锥度是递减的。
在三种不同厚度的试件中，2mm 和3mm的锥度相对稳定，更加符合规律；而对于1mm厚的试件，由于厚度太小，离焦量的变化对其锥度影响较大，但还是随着离焦量的增大而减小的。
5.辅助气体也是影响激光打微孔质量的一个重要参数，它起到吹除液态金属及冷却工件的作用，发现对于碳钢材料来说，用氩气作为辅助气体是效果最佳的，当压强为0.6MPa 时效果最好。
研究意义：更加深入的了解对镍基高温合金激光打孔机理的理解，填补了这方面研究的空缺，为日后的激光打孔做出指导，提高激光打孔的质量和效率。