熔石英表面激光平滑中扫描速度对粗糙度的影响规律

论文摘要

目的研究激光平滑光学元件的工艺,探索使用CW(连续)CO2激光器对熔石英光学元件表面进行平滑处理时,当激光束功率、束斑尺寸一定的情况下,不同的扫描速度对平滑后熔石英元件表面粗糙度的影响规律。方法用仿真结合实验的方式进行了研究。使用有限元仿真模型对激光功率为25 W,作用斑点为短轴2 mm、长轴3 mm的椭圆斑的激光加工模型进行了仿真,得到了不同扫描速度下激光束作用于熔石英表面的温度场及对应的稳定温度。通过定点照射实验验证了温度仿真结果的准确性,并进行了扫描速度为0.04、0.1、0.2、0.35、0.5 mm/s的单因素实验,使用原子力显微镜检测平滑实验前后的熔石英表面粗糙度,得到了粗糙度与激光扫描速度之间的关系。结果激光功率为25W时,5种扫描速度对应的稳定温度都分布在熔石英材料的熔点以上。5种扫描速度下平滑后的熔石英表面粗糙度都明显降低,在扫描速度为0.1 mm/s的情况下,取得了将熔石英表面粗糙度由初始的62.55 nm降低至6.17 nm的平滑效果。结论激光平滑过程中,当激光功率、激光斑尺寸一定时,存在一个最佳的扫描速度,可以使加工表面的粗糙度降低至光学表面的要求。

论文目录

• 1 扫描速度与相互作用时间的关系
• 2 数值仿真
•   2.1 热传导模型
•   2.2 温度场仿真模型的边界条件设置
•   2.3 仿真结果分析
• 3 实验及结果分析
•   3.1 实验设置及温度验证
•   3.2 实验结果分析
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘朋朋,刘卫国,李亚国,周顺

关键词: 激光平滑,熔石英,有限元分析,扫描速度,温度场,表面粗糙度

来源: 表面技术 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 材料科学

单位: 西安工业大学光电工程系,中国工程物理研究院激光聚变研究中心

基金: 国家自然科学基金(51505444),中国工程物理研究院超精密加工重点实验室基金(ZZ15004),中国工程物理研究院激光聚变研究中心青年人才基金(LFRC-PD012),国防科技卓越青年基金(2017-JCJQ-ZQ-024)~~

分类号: TB306

DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.08.042

页码: 316-322

总页数: 7

文件大小: 1606K

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