金刚石微槽在微电子散热器件和光学器件等领域都有非常大的潜在应用价值。系统研究了激光脉冲能量、扫描速度、扫描次数、重复频率和离焦量对金刚石微槽形貌、微槽宽度、微槽深度及微槽深度与宽度的比值的影响规律。研究结果表明，金刚石微槽的深度与激光脉冲能量、扫描次数呈正相关，随着激光脉冲能量和扫描次数的增大，微槽深度逐渐增加，并且当激光脉冲能量达到200 μJ，扫描次数增加到30时，微槽深度趋于稳定；金刚石微槽的深度与扫描速度呈负相关，当扫描速度为5 mm/s时，可获得深度较大的微槽；微槽的深度随着激光重复频率的增大而增加，当激光重复频率达到60 kHz时，微槽的深度趋于稳定。当离焦量从负值变化到正值时，微槽的深度先增加后减小，当离焦量为－1 mm时，微槽的深度达到最大。在激光脉冲能量为200 μJ，扫描速度为5 mm/s，扫描次数为30，重复频率为60 kHz，离焦量为－1 mm的优化参数下，能够获得微槽深度与微槽宽度的比值大于12的金刚石微槽。

利用激光修复技术修复裂纹可以有效提升零件的断裂性能。本文以304不锈钢紧凑拉伸试件为研究对象, 分别建立了热分析和力学分析有限元模型。首先模拟了不同激光工艺参数下裂纹尖端修复区温度场的分布情况, 并分析了稀释率随激光工艺参数变化的关系; 进而由基体材料成分、修复粉末材料成分和稀释率的关系得到修复区材料成分, 最后模拟得到修复后的304不锈钢试件裂纹尖端J积分, 分析激光参数对裂纹尖端J积分的影响规律。结果表明, 当激光光斑直径和加热时间一定时, 随着激光功率的增大, 裂纹尖端J积分先减小后变大, 在激光功率为1 800 W时修复试件具备较好的断裂性能; 当激光功率和加热时间一定时, 随着光斑直径的增大, 裂纹尖端J积分先减小后变大, 在光斑直径为3 mm时修复试件具备较好的断裂性能。

使用5 W红外飞秒激光器对牙科全瓷修复中常用的玻璃陶瓷材料VITA MARK II进行铣削加工实验,系统研究超快激光加工工艺参数对铣削效率以及铣削效果的影响,并利用5 W红外飞秒激光器实验结果对20 W红外飞秒激光器铣削效率进行模拟预估。实验结果表明,在激光重复频率为100 kHz,扫描速度为200 mm/s,扫描间距为0.01 mm的条件下,5 W红外飞秒激光器对VITA MARK II陶瓷的铣削效率最高,为0.0409 mm 3/s。加工后的VITA MARK II陶瓷粗糙度为3~5 μm,崩边量在50 μm以内,斜坡量在100 μm以内。该牙科玻璃陶瓷的激光切割阈值约为0.72 J/cm 2。推算出20 W红外飞秒激光器对VITA MARK II陶瓷的铣削效率为0.1558 mm 3/s。上述实验论证了5 W激光切割牙科玻璃陶瓷的可行性及有效性,可为20 W红外飞秒激光铣削实验样机的搭建提供参考。

激光透射连接工艺在生物医学植入体及其封装中具有良好的应用前景。使用半导体连续激光器进行了0.1 mm厚医用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜与0.1 mm厚薄钛板之间的激光透射连接实验,分别采用单工艺参数和双工艺参数进行全面实验对连接接头质量进行分析,并使用光学显微镜对不同工艺参数情况下的接头形貌进行观测。在实验基础上,通过单工艺参数分析得到了PET薄膜与薄钛板激光透射连接的工艺参数,这可为激光透射连接时提供合理的工艺参数范围;通过双工艺参数分析得到了主要工艺参数对连接接头质量的影响,这可为激光透射连接时选取适当的工艺参数以提高加工效率。

针对0.1 mm厚医用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜与0.1 mm厚薄钛板之间的激光透射连接试验,利用商业化软件ANSYS,使用APDL语言编程实现超高斯型热源的动态加载,建立了一个三维热传导模型,使用有限元法求得连接过程中温度场的分布,得到温度场达到准稳态的时间,分析加工速度和激光器功率等工艺参数对连接质量的影响,并计算出不同工艺参数下的连接宽度。通过对PET薄膜与薄钛板的激光透射连接试验接头宽度的测量值进行对比,两者趋势基本吻合,说明该有限元模型是可靠的。

针对采用CO₂激光和三维(3D)激光切割机切割镀锌钢车身覆盖件时,上、下坡和转角处易发生碰撞和过烧等问题,提出相应改进措施。通过添加工艺点,调整切割头方向,使其偏离法线方向一个角度可以消除碰撞。实验发现,为获得切缝质量好、切割精度高及热影响层小的3D切割工件,应尽可能使切割头位姿改变时光束入射角小于20°。通过降低激光功率、采用脉冲激光并减小占空比或采用空气作为辅助气体等能有效避免上、下坡和转角处切割时产生过烧。同时,从切缝宽度、切割面粗糙度、切割面波纹及热影响层宽度等方面对3D切割工件质量进行了评定。

研制了一种工作稳定性好、粉末流量连续可调的自动送粉装置。经A3钢表面激光熔覆WF-150不锈钢合金粉末的研究表明,所获得的激光熔覆层均匀连续、无宏观气孔和裂纹,粉末利用率高达94%。