我國(guó)掌握該消息來(lái)源是著名的數(shù)據(jù)加工中心一則新聞透露的,該新聞稱我國(guó)的數(shù)控激光切割成套設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了高速量產(chǎn)期,而這一設(shè)備恰好是實(shí)現(xiàn)飛秒激光鉆孔和發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工的主要手段。所謂飛秒激光鉆孔,即使用頻率非常高的激光對(duì)材料進(jìn)行鉆孔,飛秒是時(shí)間單位,1飛秒等于一千萬(wàn)億分之一秒,相對(duì)于傳統(tǒng)激光加工設(shè)備,飛秒激光由于脈沖時(shí)間極短,被加工物體不會(huì)被加熱,特別適合加工30微米以下的高精度小孔。
飛秒激光作用于金屬和非金屬加工時(shí)原理完全不同,金屬表面存在大量的自由電子,當(dāng)激光照射金屬表面時(shí),自由電子會(huì)瞬間被加熱,數(shù)十飛秒內(nèi)讓電子電子發(fā)生碰撞,自由電子將能量傳道給晶格,形成開(kāi)孔。但由于自由電子碰撞的能量要比離子小的多,所以傳導(dǎo)能量需要較長(zhǎng)時(shí)間,但目前該難題已被我國(guó)科學(xué)家攻克。
在飛秒激光作用于非金屬材料時(shí),由于材料表面自由電子較少,激光照射時(shí)先要使得材料表面電離,進(jìn)而產(chǎn)生自由電子,剩下的環(huán)節(jié)與金屬材料一致。飛秒激光加工微孔時(shí),在初級(jí)階段先形成一個(gè)小坑,隨著脈沖數(shù)量的增多,坑深度不斷增加,但隨著深度的增加,坑底的碎屑飛出的難度也越來(lái)越大,導(dǎo)致激光向底部傳播的能量越來(lái)越少,最終達(dá)到深度不可增加的飽和狀態(tài),即打完一個(gè)微孔。
而在航空航天領(lǐng)域,燃?xì)鉁u輪是發(fā)動(dòng)機(jī)的三大關(guān)鍵部件之首,其性能直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞。然而航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片工作溫度至少為1400攝氏度,因此必須對(duì)高溫部件,尤其是葉片必須使用精確的冷卻技術(shù)。
葉片冷卻一般通過(guò)大量不同直徑的氣膜孔來(lái)實(shí)現(xiàn),孔徑約為100~700微米,且空間分布復(fù)雜,多為斜孔,角度為15°到90°不等,為了提高冷卻效率,開(kāi)孔形狀往往成扇形或者矩形,這給加工帶來(lái)極大的難度。目前主流的方法是高速電火花,但工具電極制造極為困難,加工好的部件易磨損,加工速度慢,排除孔內(nèi)的加工屑比較困難,不易散熱,根本不適合大批量生產(chǎn)。
此外,現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面通常要覆蓋一層熱障涂層、一般是陶瓷材料,采用傳統(tǒng)電火花無(wú)法加工,是未來(lái)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)。隨著未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料
逐漸走向非金屬化,電火花加工更不靠譜,而飛秒激光加工具有材料適應(yīng)廣、定位精度高、無(wú)機(jī)械變形、無(wú)直接接觸等各種優(yōu)點(diǎn),非常適合加工微型孔。
飛秒激光鉆孔技術(shù)還可被運(yùn)用于核聚變上,核聚變中的點(diǎn)火靶球具有充氣微孔,只有微孔的數(shù)量多、精度高才能保證聚變反應(yīng)的控制精度,而飛秒激光加工技術(shù)恰好能滿足這一要求。近年來(lái)飛秒激光鉆孔技術(shù)還被運(yùn)用到透明材料內(nèi)部的三維微孔加工中,這種制造技術(shù)將有利于制造飛機(jī)、坦克、艦艇上使用的光電傳感器設(shè)備。加工方法一般是通過(guò)液體輔助,在透明材料表面直接燒蝕成孔,讓液體將碎屑清除,這樣的方法可以達(dá)到更高的鉆孔深度。
雖然飛秒激光鉆孔技術(shù)擁有如此神奇的魔力,但其開(kāi)發(fā)難度也是非常大的,特別是進(jìn)行系統(tǒng)集成化、技術(shù)工程化的努力遭遇了各種困難,輸出功率也有限制。此外,如何能形成一套完整的微孔加工工業(yè)也是世界性難題,但通過(guò)我國(guó)科學(xué)家的努力,不但實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的實(shí)用化和集成化,還發(fā)明出了螺旋加工工藝,可以私人訂制不同形狀的微孔,可以說(shuō)是達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先的地步。
方向在前方,路在腳下,我們的祖國(guó)就是這一代代腳踏實(shí)地的科研人一步步的的努力由弱到強(qiáng),從與美國(guó)相比望塵莫及到望其項(xiàng)背,再到齊頭并進(jìn),他們是最值得尊敬的人?。ㄗ髡呤鹈涸粕系目漳福?/p>
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