1 中国地质大学（武汉）珠宝学院，湖北 武汉 430074
2 中国地质大学（武汉）先进制造研究所，湖北 武汉 430074
3 湖北三江航天江北机械工程有限公司，湖北 孝感 432000
4 中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，湖北 武汉 430074
5 鑫精合激光科技有限公司，北京 102200
铜铬锆（CuCrZr）作为沉淀硬化合金，以其良好的耐热性、耐腐蚀性以及优异的力学、电学和热学性能而被广泛应用于航空航天、核能化工等领域。然而，CuCrZr是当前激光增材制造（LAM）难成形材料之一，相关研究报道还很有限。本文综述了近年来激光粉末床熔融（L-PBF）制备CuCrZr合金的研究进展，重点探究了绿激光与近红外激光对成形质量的影响规律，分析了热处理及构建方向与微观组织、力学性能的内在联系，并研究了热处理对于电学、热学性能的强化机制。近红外激光制备样品的致密度波动范围大（95.5%~99.9%），绿激光制备样品的整体致密度较低但波动范围较小（96.5%~98.5%），工艺参数仍有优化空间。合金的微观组织和综合性能都存在各向异性，即沿水平方向的晶粒细小，沿垂直方向的晶粒为柱状晶粒。固溶处理会使合金的熔池边界消失并改变晶粒形态，时效处理导致合金产生沉淀并改变晶粒取向。500 ℃左右处理1~2 h的直接时效处理对力学性能的提升最大，时效处理通过降低位错密度、减少热残余应力和促进沉淀物的形成，显著增强了合金的力学性能。对电学、热学性能提升最大的热处理条件为950~1000 ℃的固溶退火处理1 h+500 ℃左右的时效硬化处理1~3 h，这是因为固溶退火+时效硬化处理降低了位错密度和残余应力，并产生了有益的沉淀物。本文总结了L-PBF制备CuCrZr合金的成形行为、微观组织和综合性能的研究进展，并对其研究前景和发展方向进行了展望。
激光增材制造 铜铬锆合金 成形行为 微观组织 综合性能
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.南京理工大学 材料科学与工程学院, 南京 210094
3 3.西北工业大学 材料学院, 西安 710072
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
碳化硅(SiC)陶瓷作为一种高性能结构功能一体化的陶瓷材料, 在航空航天、核能工业和制动系统等领域应用广泛。然而, 传统的制造方法无法满足大尺寸复杂结构SiC陶瓷日益增长的市场需求, 例如发动机喷嘴、襟翼和涡轮叶片等。黏结剂喷射(BJ)3D打印突破了传统成型的约束, 可以提供新的制造思路。本工作采用颗粒级配SiC的思路, 基于级配理论优化较佳的颗粒度配比, 研究了BJ打印对级配前后SiC陶瓷素坯及烧结体性能的影响。研究发现, BJ打印级配后的SiC素坯经过一次前驱体浸渍裂解(PIP)处理, 能够快速制备抗弯强度最大达到(16.70± 0.53) MPa的SiC素坯, 相比采用20 μm中位径未级配的样品提高了116%。进一步采用液相渗硅制备了致密的SiC陶瓷, 其密度、抗弯强度、弹性模量和断裂韧性分别达到(2.655±0.001) g/cm3, (285±30) MPa, (243±12) GPa和(2.54±0.02) MPa·m1/2。XRD分析表明, SiC烧结体主要以3C-β-SiC晶为主。本研究基于颗粒级配的原料, 采用黏结剂喷射打印, 结合一次浸渍裂解与液相渗硅制备工艺, 高效可靠地制备了高性能SiC陶瓷材料。
碳化硅 颗粒级配 黏结剂喷射打印 前驱体浸渍裂解 silicon carbide particle grading binder jetting printing precursor impregnation and pyrolysis
南京大学 电子科学与工程学院 江苏省光电信息功能材料重点实验室， 南京 210023
研究了Ag/p-GaN欧姆接触的工艺，得到较为优化的工艺方法并应用于器件制备。分别采用直接剥离Ag、氧等离子体去底胶后剥离Ag和湿法腐蚀Ag三种工艺制备Ag图形，对比了三种工艺样品的粘附性及接触电性，发现直接剥离Ag工艺存在Ag脱落问题，去底胶后剥离Ag工艺无法形成欧姆接触，而腐蚀后退火的样品则可以实现较好的粘附和较佳电性; 通过XPS分析了不同工艺对接触特性影响的机理。进一步，对比优化了Ag蒸发前表面化学处理工艺，结果表明酸性溶液处理或碱性溶液处理可以有效降低欧姆接触电阻率，酸性溶液处理略优。优化后的欧姆接触工艺可应用于可见光及深紫外LED器件制备，器件电学性能如下: 在40A/cm2电流密度下，蓝色发光二极管电压为2.95V，紫外发光二极管电压为6.01V。
欧姆接触 发光二极管 Ag Ag p-GaN p-GaN ohmic contact light emitting diode
1 湘潭大学机械工程学院，湖南 湘潭 411105
2 深圳信息技术学院智能制造与装备学院，广东 深圳 518172
激光抛光是一种非接触式绿色自动化抛光技术，可以替代传统的抛光技术。为了研究激光抛光对DC53淬硬钢表面质量问题，采用波长为1064 nm的连续激光对DC53淬硬钢表面进行抛光处理，研究了激光抛光后材料的表面粗糙度、硬度、杨氏模量、耐腐蚀性能以及加工表面亚表层微观组织的变化。结果表明：在激光功率为180 W、扫描速度为20 mm/s、扫描间距为0.06 mm时平均粗糙度从4.829 μm降低到0.505 μm，粗糙度降低约90%，同时抛光后材料的表面硬度及耐腐蚀性能相较于初始样品均有所下降，熔融区硬度下降约40%，自腐蚀电位下降约4%。
激光技术 激光抛光 表面形貌 功率谱密度分析 淬硬钢 显微组织 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114004
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100864
3 3.中国科学院 金属研究所, 沈阳 110016
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
Al/SiC是SiC基复合材料, 具有优异的力学性能和热学性能, 在大功率电子器件、5G基站关键冷却组件、电动汽车、高速刹车片、空间探测器操作装置等相关领域具有不可替代的作用。传统制备工艺的局限性使得近净成形的无压浸渗法成为制备Al/SiC复合材料的一种较好的方法。得到高质量的碳化硅(SiC)陶瓷素坯是熔渗技术的先决条件, 选区激光烧结技术是获得高质量陶瓷素坯的一种新方法。该方法具有快速、高效的优点, 无需模具即可成型制备大规模、复杂形状部件。本研究以热塑性酚醛树脂为黏结剂, 利用机械混合与喷雾造粒的方法制备了复合粉体, 采用选区激光烧结技术制备SiC素坯, 制备了黏结剂体积分数低至15%的样品, 并对其力学性能和微观结构进行表征。当树脂含量增大到体积分数25%时, SiC坯体的强度增量为702.1%。对于喷雾造粒粉体制备的样品而言, 喷雾干粉的多孔结构使得SiC生坯的孔隙率较高(71.18%), 导致生坯强度下降。
Al/SiC 选区激光烧结 素坯 微结构 Al/SiC selective laser sintering green body microstructure
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院，湖北 武汉 430074
2 中国地质大学(武汉)先进制造研究所，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
金属蒸气、飞溅和熔池是激光选区熔化(SLM)增材制造过程中的重要物理现象，与成形质量关联密切。本文基于高时空分辨原位成像系统，研究了SLM成形过程中金属蒸气与飞溅的相互作用。实验发现：金属蒸气不仅可以间接作用于粉末颗粒，即通过卷吸作用诱导的惰性卷吸气流形成粉末飞溅，还可以直接作用于粉末颗粒，即通过抬升力或反冲力使粉末颗粒进入蒸气羽流或落回粉床。得到了从熔池“液基”出射的熔滴飞溅以及从基板“固基”出射的粉末飞溅的速度阈值。将SLM成形过程中的飞溅作为示踪粒子，原位测量获得了蒸气反冲压。研究蒸气反冲力作用下金属蒸气与飞溅的“气-固”相互作用，为深入理解金属蒸气与熔池的“气-液”相互作用等现象奠定了基础。
激光技术 激光选区熔化 金属蒸气 飞溅 动力学 相互作用 增材制造 中国激光
2022, 49(14): 1402202
随着电子技术的发展, 恒定束宽波束形成技术在应对复杂电磁环境的宽带侦察系统中得到了广泛应用。文章研究了恒定束宽宽带光学多波束形成的原理, 给出了利用窗函数获得实现恒定束宽的子带加权矩阵的方法, 提出宽带恒定束宽光学多波束形成的系统方案, 并通过仿真验证了所提方法可以形成方向性较好的宽带恒定束宽波束方向图。
光学多波束形成 恒定束宽 窗函数 宽带电子侦察 optical multi-beam forming constant beamwidth window function wideband electronic reconnaissance
强激光与粒子束
2021, 33(9): 091003
1024 nm波长的脉冲激光在角分辨光电子能谱测量等领域有着不可或缺的用处,因此采用基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的全正色散掺镱光纤激光器作为种子源,搭建了包含光纤可调滤波器的主振荡功率放大系统,实现了1024 nm激光放大输出。理论上基于金斯伯格-朗道方程模拟了NPR锁模的耗散孤子脉冲演化过程,实验上获得了耗散孤子脉冲输出,并且研究了锁模脉冲的建立过程,将其与理论仿真结果相比,结果基本吻合。通过可调滤波器对种子光进行滤波,并进行预放大及放大实验,当放大级泵浦功率为5 W时,得到中心波长为1024 nm、平均功率为1.1 W、脉冲能量为51 nJ、重复频率为21.5 MHz、信噪比为67.5 dB的稳定锁模脉冲输出。
激光器 光纤激光器 锁模激光器 激光放大器 非线性偏振旋转 耗散孤子
Author Affiliations
Abstract
Centre for THz Research, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
Anapole metamaterials have attracted growing attention in recent years due to their unique nonradiating and nontrivial properties. Although anapole modes have been demonstrated in metamaterials with three-dimensional structures, the design and realization of planar anapole metamaterials in a wide frequency range is still a big challenge. Here we propose and experimentally demonstrate a planar anapole metamaterial consisting of dumbbell-shaped apertures on a stainless-steel sheet at terahertz frequencies. The planar metamaterial can generate a resonant transparency in the terahertz spectrum due to the excitation of the anapole mode. Particularly, the frequency of anapole-induced resonant transparency can be tuned easily in the range of 0.15–0.93 THz by simply varying one geometric parameter of the dumbbell apertures. We anticipate that the resonant transparency in planar anapole metamaterials can be potentially used in filters, sensors, or other photonic devices.
Photonics Research
2021, 9(2): 02000125
