金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料，在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积（CVD）法，采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构，表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应用。笔者提出了飞秒-纳秒-离子束刻蚀的复合抛光方法并采用该方法对CVD金刚石薄膜进行抛光。结果表明：经飞秒-纳秒激光刻蚀后，金刚石表面粗糙度降低得十分明显，由未刻蚀时的4 μm降至0.5 μm左右，但表面出现了明显的石墨化现象；进一步采用离子束刻蚀去除表面的石墨层，最低可将表面粗糙度降至0.47 μm。所提方法实现了金刚石表面的无改性平滑抛光，为金刚石表面微纳器件的发展奠定了基础。

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。

为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能, 采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析, 并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明, 在高离焦量绝对值时, 易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞, 在离焦量0mm~-2mm范围内可获得成形良好的焊缝; 焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°, 靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍, 热影响区晶粒发生粗化, 且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大; 焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当, 可达母材的77.3%, 离焦量0mm~-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm~-4mm对应的接头延伸率, 可达母材的54.9%; 焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。

第三批外专计划、广东省省级科技计划项目、激光与等离子先进制造技术创新团队资助项;

为了实现薄板材料的高功率激光扫描焊接工艺, 将高功率碟片激光与振镜结合, 在2 mm碳钢表面进行了激光扫描焊接试验, 对激光扫描焊接焊缝截面尺寸及组织进行了研究, 分析了焊接速度对熔深熔宽的影响规律, 并采用1 mm碳钢进行了搭接焊接试验。结果表明, 在激光功率5 kW, 扫描速度30 mm/s时, 可获得2 mm厚的熔深, 而随着焊接速度的增大, 焊缝熔深、深宽比逐渐减小, 焊缝熔宽变化幅度较小。搭接焊接结果表明, 激光扫描焊接能够获得良好的接头, 拉伸测试表明接头强度高于母材。

采用10 kW碟片激光器，研究了8 mm厚304不锈钢碟片激光焊接过程中形成的焊缝截面形貌，讨论了焊接速度、激光功率对焊缝截面形貌形成的影响规律。结果表明，在大功率碟片激光焊接过程中，形成的焊缝截面形貌包括I形和钉子形。在焊接过程中，随着焊接速度的增大，焊缝截面形貌由I形向钉子形转变；随着激光功率的增大，焊缝截面形貌由钉子形向I形变化，同时焊缝截面形貌从I形转变为钉子的焊接速度增大。通过调整焊接速度与激光功率，可以对焊缝截面形貌进行有效控制。