【摘 要】
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随着材料科学的快速发展以及制造技术的不断进步,新型材料的应用范围越来越广。在信息、通讯、微电子、微机械等高科技领域,硅片、功能玻璃、陶瓷等脆性材料有着越来越广泛的
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随着材料科学的快速发展以及制造技术的不断进步,新型材料的应用范围越来越广。在信息、通讯、微电子、微机械等高科技领域,硅片、功能玻璃、陶瓷等脆性材料有着越来越广泛的应用。这些领域已经不满足于对平面脆性材料器件的需求,而且增加了对二维曲面器件、三维曲面器件以及大曲率非平面器件的需求。在传统制作方法中,非平面脆性材料器件是在高温下借助机械外力和特殊工具成形,或者通过化学手段进行加工。由于材料的脆性特点,前者成形方法容易导致材料破坏,而且精确的温度控制比较困难,材料弯曲成形的形状和弯曲精度难以兼得;而采用化学加工手段则周期较长,控制难度较大且伴随着环境污染。激光弯曲成形技术基于其本身柔性大,无污染,高效率,高可控性等优点,为复杂曲面器件的快速成形提供了一种新的加工手段。这种新的制造方法弥补了传统制造方法的不足之处,节省了生产时间,降低了生产成本,为绿色制造领域的进一步发展奠定了良好的基础。针对陶瓷材料的广阔应用前景,本课题以氧化铝陶瓷为研究对象,将实验、检测、数值模拟与理论分析相结合,对氧化铝陶瓷的激光弯曲成形进行深入研究,为氧化铝陶瓷器件的精确快速成形提供理论基础。论文主要工作如下:(1)利用CO2连续激光对氧化铝陶瓷进行弯曲实验,研究激光功率、扫描速度等工艺参数对弯曲结果的影响,寻找适合氧化铝陶瓷激光弯曲的最佳工艺参数,并分析氧化铝陶瓷激光弯曲的特点;(2)利用光学显微镜和X射线衍射仪等手段对激光扫描弯曲后氧化铝陶瓷进行检测分析,讨论激光作用过程对氧化铝陶瓷的影响;(3)利用有限元分析软件ANSYS对氧化铝陶瓷薄片的激光弯曲过程进行数值模拟,通过计算结果分析样品在弯曲过程中温度场的变化特点和分布规律,进一步揭示氧化铝陶瓷的激光弯曲机理。
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