激光加工工藝之陶瓷基復(fù)合材料的研究介紹

　　航空、航天發(fā)動機(jī)的推重比與其熱端部件的工作溫度密切相關(guān)。長期以來，工程界致力于發(fā)展高溫合金以提高工作溫度。發(fā)動機(jī)的核心熱端部件主要包括燃燒室、渦輪和加力燃燒室。下一代航空發(fā)動機(jī)的推重比大于12，要求提高熱端部件的工作溫度到接近2000k。這要求更新設(shè)計，使用陶瓷基復(fù)合材料（cmc）、單晶葉片等新材料和三維異型孔等先進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)。陶瓷基復(fù)合材料（cmc）的精密去除加工技術(shù)是其應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的必備可靠技術(shù)。如何通過精密加工提高cmc與ebc的結(jié)合力成為研究熱點。

　　中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬先進(jìn)制造技術(shù)研究所激光與智能能量場制造團(tuán)隊自2012年8月起，啟動了高速皮秒/納秒微細(xì)加工項目，針對陶瓷基復(fù)合材料（cmc）短脈沖激光加工工藝進(jìn)行了深入的研究和大量的實驗，近期取得新進(jìn)展。

　　圖1 CMC的三維激光加工

　　如圖1、圖2所示，采用納秒脈沖激光的高速掃描方法，團(tuán)隊成功實現(xiàn)了中航復(fù)材產(chǎn)3毫米厚cmc材料的復(fù)雜形狀精密低損傷加工，包括疲勞測試件和拉伸測試件的加工，從0.125到10毫米直徑的孔鉆削，cmc和樹脂基材料微型齒輪件的加工，以及三角凹槽的三維加工。

　　圖1顯示，高功率納秒激光器在適當(dāng)?shù)拿}沖寬度和掃描速度下，可以實現(xiàn)高分辨率的凹槽加工，其表面和側(cè)面加工完整性良好，在激光共聚焦顯微鏡的觀察中沒有發(fā)現(xiàn)微裂紋。