为了研究266 nm纳秒固体激光在聚苯乙烯（PS）上打孔的材料去除机理、工艺规律和优化工艺参数,采用了单因素实验法和正交实验法进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究。分析了材料的去除机理,得到了脉冲数量、脉冲能量以及离焦量对微孔直径和深度的影响规律,获得了满足要求的工艺参数的优化组合。结果表明,单脉冲打孔条件下,脉冲能量为0.110 mJ时加工出的微孔形状规则、圆度较好以及重铸层宽度较小,脉冲能量为0.500 mJ时,加工出的微孔形状和圆度质量变差,重铸层宽度增大; 多脉冲打孔条件下,脉冲能量为0.040 mJ时,加工出的通孔入口处无重铸层,去除机理以光化学作用为主,脉冲能量为0.390 mJ时,加工出的通孔入口处重铸层较为明显,且入口边缘出现过烧蚀现象,去除机理以光热作用为主; 脉冲能量和离焦量对孔径影响较大,脉冲数量和正离焦量对孔深影响较大; 正交实验得到的优化参数组合为脉冲数量50、脉冲能量0.021 mJ、离焦量0 μm时,可以加工出质量较好的微孔。本研究为266 nm纳秒激光加工聚苯乙烯靶球提供了参考依据。

YAG晶体是一种典型硬脆材料，莫氏硬度达8.5，常温下不溶于任何酸碱，加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工，本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法，在研磨过程中逐级减小碳化硼(B4C)磨料粒径，选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨，4种磨料的粒度范围依次为：40～28 μm、28～20 μm、14～10 μm、7～5 μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B4C质量分数等参数对研磨效果的影响，得出最佳研磨参数；通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度，确定后续抛光去除量，并探究了亚表面损伤深度hSSD与研磨后表面粗糙度Ra的关系。研究表明：当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B4C质量分数为15%时，每个研磨步骤均取得最好研磨效果：磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53 μm/min，研磨后表面粗糙度Ra分别为0.763、0.489、0.264、0.142 μm。截面显微法测量得出分步研磨后产生的亚表面损伤深度为3.041 μm，需要在后续抛光中去除; 此研磨参数下YAG晶体研磨后亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系为：hSSD=41.46×Ra4/3，该研究可为YAG晶体元件的实际加工生产提供指导。

研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一，对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响，基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况，推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明，磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率，材料去除速率越高，晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性，4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面：水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高，磨料分散均匀，水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度；乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小，磨料易发生团聚，增大研磨过程的磨料切入深度，晶片的材料去除速率提高，晶片最大划痕深度随之增大。

Electrochemical jet machining (EJM) encounters significant challenges in the microstructuring of chemically inert and passivating materials because an oxide layer is easily formed on the material surface, preventing the progress of electrochemical dissolution. This research demonstrates for the first time a jet-electrolytic plasma micromachining (Jet-EPM) method to overcome this problem. Specifically, an electrolytic plasma is intentionally induced at the jet-material contact area by applying a potential high enough to surmount the surface boundary layer (such as a passive film or gas bubble) and enable material removal. Compared to traditional EJM, introducing plasma in the electrochemical jet system leads to considerable differences in machining performance due to the inclusion of plasma reactions. In this work, the implementation of Jet-EPM for fabricating microstructures in the semiconductor material 4H-SiC is demonstrated, and the machining principle and characteristics of Jet-EPM, including critical parameters and process windows, are comprehensively investigated. Theoretical modeling and experiments have elucidated the mechanisms of plasma ignition/evolution and the corresponding material removal, showing the strong potential of Jet-EPM for micromachining chemically resistant materials. The present study considerably augments the range of materials available for processing by the electrochemical jet technique.

为了研究266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔的工艺规律和材料去除机理, 采用单因素控制变量的方法, 进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究, 分析了266nm纳秒固体激光对CH膜材料的去除机理; 取得了激光脉冲能量、脉冲数量对孔径和孔深影响规律的数据。结果表明, 单脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量为0.014mJ时, 微孔直径和深度最小, 当激光脉冲能量为0.326mJ时, 微孔直径和深度最大, 孔径和孔深随着激光脉冲能量的增大而增大; 多脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量较低时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为0.56μm/pulse, 当激光脉冲能量较高时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为1μm/pulse, 孔径和孔深随着激光脉冲数量的增加而增大; 266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔时的微孔形状规则, 大小均匀, 微孔周围无残渣、碎屑等抛出物, 边缘无热影响区, 可推断其材料去除机理主要为“光化学蚀除”。该研究对266nm纳秒固体激光加工CH膜的应用具有一定的参考意义。

高功率纳秒光纤激光器已经被广泛应用于激光雕刻中。以碳钢作为研究材料，使用主振荡功率放大（MOPA）光纤激光器系统研究了脉冲宽度、能量密度和脉冲重复频率（PRF）对激光雕刻结果的影响，且每组参数作用下的材料去除率（MRR）和平均表面粗糙度（S_a）使用三维（3D）轮廓仪进行测量。研究发现：使用较长的脉冲宽度和较高的能量密度会得到较大的MRR和S_a；使用较短的脉冲宽度和较高的能量密度也能得到较大的MRR和S_a，这是较高的脉冲重叠率造成的；存在临界PRF，该值在使得MRR较大的同时，可使得S_a较小。最后，使用优化的工艺参数得到了高质量、高MRR的雕刻效果。

本文利用单因素及正交试验探究磨粒种类、抛光液pH值、表面活性剂种类、磨粒粒径对C面蓝宝石化学机械抛光材料去除率的影响, 试验结果表明: 采用二氧化硅作为磨粒能得到较高的材料去除率及较好的表面形貌; 材料去除率随抛光液pH值的增大呈现先增大再减小的趋势, 其中pH值在9附近能得到较好的去除率; 材料去除率还随着磨粒粒径的增大而增大; 使用三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作表面活性剂能得到较高的材料去除率; 各试验因素对蓝宝石晶片材料去除率的主次顺序为磨粒粒径、表面活性剂、抛光液pH值; 其中当磨粒粒径为50 nm, 表面活性剂选CTAB, 抛光液pH值为9既能得到较高的材料去除率又能获得较好的表面质量。