为了研究激光沉积TA15钛合金不同取样方向对冲击性能的影响, 采用激光沉积制造技术制备了TA15钛合金试样, 并对试样的显微组织、显微硬度、冲击性能等进行研究。实验结果表明, 激光沉积试样宏观组织为垂直并贯穿多个沉积层的粗大β柱状晶, β柱状晶内为典型的网篮状近α钛合金组织, 经850 ℃/1.5 h/AC退火后组织为细长针状形貌, α团束明显减少, 长宽比变大, 双重退火后为稳定近棒状网篮组织; 双重退火, 沉积方向试样的冲击韧性明显高于垂直沉积方向(冲击值提高约25％), 激光沉积成形两种取样方向试样的冲击值均低于锻造基材。两种方向上的冲击断裂方式不同, 沿沉积方向上断裂为半韧性半解理断裂, 沿垂直沉积方向上断裂为脆性解理断裂, 基材为韧性断裂。

为了研究激光熔覆过程中熔池内的温度场特征及其对凝固后的微观组织的影响, 建立了描述熔覆过程的对流扩散固液相变统一的数学模型, 模拟了激光熔覆过程中熔池在不同时刻的温度场和速度场, 计算出熔覆层内不同位置的温度梯度、冷却速度和凝固速度。计算结果表明, 熔池内液体的流动对熔池内温度场分布有较大影响。距离熔覆层顶部越远, 冷却速度减小, 温度梯度增大, 凝固速度减小。这种温度场特征决定了从熔池底部到顶部的凝固组织类型及组织大小的变化特征, 并据此对熔覆层的凝固组织类型进行预测, 与实验结果吻合良好。

介绍了激光增材制造氧化铝增强镍基合金成型件的制备方法。重点介绍多层镍基合金的熔覆成型过程工艺, 并对增材制造的多层氧化铝增强镍基合金的组织与性能特点做出分析, 同时使用氩气保护气避免成型过程中氧化问题。实验选取参数：功率1 500 W; 离焦量450 mm; 送粉速率8 g/min; 单道次向上升移量1 mm。分析结果表明：成型后的沉积层高度范围在6±0.05 mm。试样进行微观扫描分析后能看到气孔数量, 裂纹都极少且组织均匀。分析主要性能参数有：平均抗拉强度878.51 MP, 是普通镍基合金的1.5倍; 平均延伸率接近10%。实验同时对激光增材制造的氧化铝增强镍基合金试样的组织形貌与性能之间的关系进行了深入的研究分析。结果表明, 影响试样拉升性能主要因素有晶体的类型、尺寸以及内部结构力的方向。三者之间有着复杂的正曲线关系, 共同影响着试样的物理性能。

将超声振动实时施加到激光重熔修复金属材料过程, 通过力学性能测试与断口分析研究超声振动对激光重熔修复工艺的影响。结果表明, 超声振动增加了激光重熔试样的抗拉强度, 强度最高恢复至母材强度的83%, 在所选振动功率范围内, 振动功率越高, 试样强度越好。重熔试样的断裂为源于重熔区域的脆性断裂, 断口呈明显的沿晶断裂特征; 超声振动使试样重熔区断口由沿晶断裂向穿晶断裂转变, 重熔区域断口表现比较均匀。

为了延长磷酸反应槽内搅拌桨叶片的服役寿命, 采用激光熔覆技术在904L不锈钢表面制备出Y203/Al2O3/904L复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、金相显微镜、显微硬度计及电化学工作站对涂层相结构、显微组织、硬度及耐蚀性进行检测。实验结果表明, 激光熔覆过程中大量的Al2O3在涂层表面聚集。复合涂层主要由单一的面心立方(FCC)相组成。复合涂层与基材良好冶金结合, 其组织由底部到顶部依次为平面晶→胞状晶→柱状树枝晶→等轴晶。复合涂层的硬度为250 HV左右, 与基材相比, 大约提高了35%。复合涂层的自腐蚀电位较基材更“正”, 自腐蚀电流密度较基材更小, 耐腐蚀性能良好。

焊接参数在一定程度上决定着焊缝的形貌及力学性能。采用激光-电弧复合焊接方法对高氮钢进行了焊接, 研究了不同焊接参数对焊缝形貌及力学性能的影响。研究结果表明：焊缝熔深随激光功率和焊接电流的增加而增大, 随焊接速度的增大而减小; 焊缝熔宽随激光功率的增大先减小后增大, 随焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反, 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 焊缝熔宽达到最大, 其值为11.8 mm。同时对不同参数下的焊接接头进行拉伸和冲击试验, 结果发现：焊缝拉伸强度随激光功率和焊接速度的增大先增大后减小, 随焊接电流的增大而减小; 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 平均拉伸强度最大, 为875 MPa; 焊缝冲击功随激光功率和焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反; 当焊接电流I＝270 A时, 焊缝平均冲击功最大, 为49 J; 通过扫描电镜对其拉伸、冲击断口进行观察, 发现其断裂形式以韧性断裂为主。

以5.0 mm厚高强钢板为实验材料, 采用Nd:YAG激光-MAG电弧复合焊接方法, 研究了焊接速度对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响。结果表明：当激光功率与电弧能量都固定时, 焊接速度变化对焊缝质量的影响主要体现在热影响区面积上, 焊接速度越快热影响区面积越小; 而对熔滴过渡的影响主要体现在, 焊接速度过低时激光匙孔很难形成, 过高时熔滴过渡频率加快。

采用高功率碟片激光器焊接8 mm厚TC4钛合金, 研究了激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明, 焊缝组织为晶界明显的粗大原始β柱状晶, 晶内为针状马氏体, 随着激光功率的增加, 马氏体分布更加密集; 近焊缝侧的热影响区组织为残余α相＋针状马氏体, 近母材侧的热影响区只发生α相向β相转变。焊接接头的显微硬度从母材到焊缝呈增加趋势, 至焊缝处达到最高, 不同功率下的焊缝显微硬度相当; 8 mm厚 TC4钛合金在速度为2.7 m/min, 7.3～7.9 kW高功率工艺参数下可获得质量良好的焊缝, 焊接接头的抗拉强度、延伸率与母材相当, 断裂在母材; 在速度为2.7 m/min, 7.0 kW低功率工艺参数下, 焊缝有气孔倾向, 焊接接头的延伸率只有母材的24%, 断裂在焊缝。断在母材和焊缝的断口都呈韧窝形貌, 断在焊缝的断口韧窝数目更少。

以8 mm厚的高氮钢板为试验材料, 采用额定功率为4 kW的 Nd:YAG固体激光器对其进行了激光-电弧复合焊接, 研究了不同电弧能量对焊接接头性能的影响。研究表明, 随着电弧能量的增加, 焊接表面质量有所提高; 焊缝的熔深及熔宽随电弧能量的增加而增大, 且熔深较熔宽增加更明显, 热影响区范围随电弧能量增加而增大; 随着电弧能量的增加, 熔池熔滴过渡由滴状过渡转变为射流为主、射滴为辅的过渡形式; 焊接接头的硬度值随着电弧能量的增加呈整体下降趋势, 且造成硬度下降的原因是焊接接头的氮含量随热输入的增加而降低。

研究了在多次回流下Au80Sn20焊层的微观演变机制及对半导体激光性能的影响, 为采用自动化精密校准机械设备, 多次回流实现激光叠阵自动化高精度封装提供技术支持。实验中, 采用扫描电镜对不同回流次数下Au80Sn20焊层金属化合物(IMC)的SEM形貌特征进行了观察, 并做EDS能谱组分分析。同时, 对多次回流过程中各阶段进行光电性能测试, 分析Au80Sn20焊料在多次回流焊接下的微观演变, 以及对激光光电性能的影响。实验结果表明：对于相同芯片, 同一封装形式, 同批次的器件, 在340 ℃, 30 s的回流焊接条件下, 多次回流加热2～6次, 即340 ℃间歇循环作用180 s以内, Au80Sn20焊层演变主要在于微观相形态的变化, 对激光光电性能影响不大; 在加热到8～10次时, 即340 ℃间歇循环作用300 s左右, Au80Sn20焊层与芯片边界处出现柯肯达尔空洞; 12～20次后, 即340 ℃间歇循环作用至600 s, 柯肯达尔空洞融合变大, 数量增多, 致使半导体激光光电性能明显下降。

以15 mm的板厚为研究对象, 采用高氮奥氏体钢进行激光焊接, 研究气孔和裂纹对高氮钢激光焊接力学性能的影响。结果表明：在试件自然气孔率和人工气孔率分别为10.5%、12.5%时, 焊缝发生断裂; 在试件自然气孔率和人工气孔率分别为5.5%、3.5%时, 母材发生断裂。在自然气孔率为5.1%时, 气孔开始影响断裂载荷。随着自然气孔率的增加, 试件断裂载荷逐渐下降。试件伸长率随着气孔率的增加明显下降, 气孔对试件塑性的影响较大。高氮钢母材硬度为364 HV, 焊缝硬度为298 HV时, 相对于母材平均硬度下降了66 HV, 降幅达18.1%。焊接接头和母材为韧性断裂。焊缝塑性变形量要小于母材, 拉伸试验主要为正拉应力, 通过合理的焊接工艺可提高材料的强度及塑性。

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。

利用飞秒激光在铝箔上按设定好的轮廓程序重复扫描直至切透得到所需轮廓的微型器件, 研究了飞秒激光加工参数对切缝边缘坡度的影响规律。实验结果表明, 透镜焦距、扫描速度和飞秒激光能量密度与切缝坡度密切相关。切缝坡度随着扫描速度的增大而增大, 随着能量密度和聚焦透镜焦距的增大而逐渐减小。实验中飞秒激光切透大块铝箔材料即微型器件脱落时停止出光, 切缝未能继续发育, 坡度主要由材料上表面切割缝宽决定, 与飞秒激光高斯能量分布特征和去除材料的阈值密切相关。

采用皮秒激光器在301不锈钢薄板上进行表面微结构加工, 研究了不同激光功率(7.4, 24.3, 49.3 W)、加工速度(1 000, 1 500, 2 000, 2 500 mm/s)、重复次数(1, 5, 10, 15, 20, 25次)对表面刻槽宽度和深度以及形貌的影响。结果表明：随着激光功率的增加、加工速度的减小, 沟槽的宽度和深度随之增大, 热影响区增大, 沟槽边缘局部出现微小的熔融颗粒物; 随着加工重复次数的增加, 沟槽的宽度有明显提高, 但是深度却变化不明显, 当重复次数大于20次之后, 深度有了较高增加。同时, 研究了不同间距(10, 15, 20, 40, 100 μm)的条纹微结构对摩擦性能的影响, 结果表明：无织构的不锈钢片摩擦系数在0.8～0.9之间, 而织构过的表面摩擦系数明显的降低, 摩擦系数随着条纹间距的减小而减小, 尤其间距为10 μm的条纹织构使摩擦系数降到了0.1 左右, 效果显著; 且织构表面相对未织构表面摩擦系数达到稳定状态的时间较短。

通过控制变量法研究了激光能量密度、加工速度、重复频率、刻蚀次数等激光加工参数对紫外激光诱导等离子体刻蚀Pyrex7740玻璃刻蚀深度和表面刻蚀质量(包括边缘是否齐整、崩边、碎裂等)的影响规律。结果表明, 以铜膜作为吸收层的紫外激光诱导等离子体刻蚀Pyrex7740玻璃的激光能量密度阈值在1.54～2.10 J/cm2之间, 且在一定范围内激光能量密度越大, 刻蚀深度越深, 等离子体越稳定, 刻蚀质量越好; 激光刻蚀速度过慢或过快都会造成等离子体不稳定, 对刻蚀质量产生不良影响, 即并非光斑重叠度越大刻蚀效果越好。研究结果为激光诱导等离子体精密刻蚀Pyrex7740玻璃及其他光学透明材料刻蚀工艺优化和参数选取提供参考。

在不同介质条件下采用高功率密度激光照射花岗岩和砂岩, 分析激光工艺参数对岩石破碎比能和射孔尺寸的影响。结果表明, 干燥、饱和水、饱和钻井液三种花岗岩试样, 获得最小比能的激光功率分别是800、800和1 000 W, 而砂岩对应的激光功率分别是800、1 000和1 200 W。随着功率和照射时间的增加, 两种岩石的射孔尺寸逐渐增大。相同条件下干燥花岗岩试样的激光射孔尺寸最大, 饱和水试样次之, 饱和钻井液试样最小。对于砂岩, 激光功率一定时, 饱和钻井液试样的射孔尺寸小于另外两组试样。花岗岩原始抗拉强度为10.11 MPa, 三种介质条件下激光处理后抗拉强度分别降至5.82、4.12和5.02 MPa。原始干燥砂岩的抗拉强度约为5.07 MPa, 激光照射后抗拉强度降至2.36、2.07和1.06 MPa。此外, 激光处理后岩石可钻性级数也随之降低, 且花岗岩试样降低幅度大于砂岩。

为了研究在半导体上施加外磁场对太赫兹辐射的影响, 基于drude-Lorentz模型对三种不同的半导体材料GaAs、InAs、InSb在不同的外磁场方向下太赫兹辐射功率的变化进行了研究。研究结果发现, 外磁场对具有较小有效质量和较高电子迁移率的半导体材料的太赫兹辐射增强效应最明显。此外, 太赫兹辐射最强时GaAs和InAs的最佳外磁场方向是沿y轴负方向, InSb的最佳外磁场方向是在与x轴及相反方向成40°夹角的x-z平面内。

以柠檬酸钠为还原剂制备了5种金-银合金纳米溶胶, 并利用扫描电镜 (SEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)对5种合金纳米粒子进行表征。SEM显示5种金-银合金纳米粒子基本呈球形结构, 其粒径在15～50 nm之间, 纳米粒子尺寸随金的摩尔分数的增加, 粒径减小。紫外-可见光谱显示, 随金含量的不同, 纳米粒子的等离子共振峰(SPR)出现红移现象, 说明金-银纳米粒子SPR峰具有可调性。以5种金-银合金纳米溶胶作为活性基底, 测定了血清的表面增强拉曼光谱。结果显示, 以金-银合金纳米溶胶作为活性基底的血清拉曼光谱中, 不但蛋白质分子的谱峰极大增强, 而且检测到了血清中含量非常低的脂类和多糖光谱。实验结果表明金-银合金纳米溶胶是血清SERS优良的活性基底。

完成1 880 nm高阶锑化镓侧向耦合分布反馈半导体激光器的制备。采用侧向耦合(Lateral coupled)结构使得外延材料可以一次生长完成, 避免了外延层中Al组分容易氧化的特性导致的二次外延生长困难的问题, 采用接触式紫外光刻技术制备了高阶光栅, 大大降低了激光器的制备成本, 实现了室温1 880 nm单模连续波长激射, 最大输出功率14.5 mW, 波长随温度漂移速率0.000 5 nm/mA。

近几年兴起的激光超声检测技术, 在对微裂纹检测方面以其非接触、宽频带等优点受到广泛关注, 取得一定进展, 但是目前并没有统一的理论解释裂纹和超声信号作用机理。从能量角度分析研究发现, 裂纹的存在会消耗超声波的能量, 造成能量衰减, 同时理论计算与实际值之间存在比例系数。通过能量衰减计算公式, 设计并进行实验, 利用波形幅值的平方近似代替波形能量, 通过两者对比, 对比例系数进行拟合, 然后计算出未知裂纹深度的比例系数, 并由此反推预判未知深度裂纹对应的能量衰减值, 实现对裂纹定量检测的目的。

在啁啾脉冲放大飞秒激光系统中, 为了获得近傅里叶变换极限的超短飞秒脉冲输出, 需要对飞秒脉冲的光谱相位进行测量并消除未被补偿的残留啁啾。而光谱干涉仪因为其线性性、结构简单和灵敏度高等优点在飞秒脉冲光谱相位测量方面具有重要应用。介绍了基于交叉偏振波或自衍射效应的自参考光谱干涉技术, 详细论述了该技术的工作原理。特别地以高斯光谱入射脉冲为例, 对待测脉冲的光谱相位重构进行了详细的数值模拟, 并指出基于交叉偏振波及自衍射效应的自参考光谱干涉技术对线性啁啾的测量范围。最后简单介绍利用光谱干涉仪和声光可编程色散滤波器相结合, 用以消除飞秒激光脉冲中光谱相位残留啁啾的原理, 实验中通过2次反馈迭代就获得了近傅里叶变换极限的飞秒脉冲输出。

为了进一步研究寻找3D打印技术在医疗方面的研究领域, 例如口腔正畸方面多为传统钢丝结合金属或陶瓷托槽的方式进行牙齿矫正, 不仅给患者带来语言交流障碍及各种不适感, 而且在美观度等问题上均存在劣势。3D打印技术具有成型精度高, 制件周期短, 可应对各种复杂结构的特点以及其的快速发展, 在口腔正畸学中得以快速应用。目前可应用口腔正畸中的3D打印技术可分为光固化快速成型技术与选区激光熔化技术, 并对口腔正畸过程中包括正畸模型的制作, 个性化舌侧托槽的制作与转移托盘的制作方面对国内外的研究现状做一综述与分析, 分析了不足, 指出了未来在口腔正畸过程中可应用3D打印技术的研究方向。

纳秒激光氧化着色是一种新兴的着色工艺, 不需要专门的涂料, 具有加工灵活、加工精度高等优点。目前纳秒激光氧化着色的技术已经出现很多年, 但尚未在工业应用中得以推广, 原因在于从原理上尚不能完全解释激光照射材料时与材料表面的相互作用, 着色效果上激光参数与产生的颜色之间的定量关系还不明确, 模型与实际效果之间存在差异, 同时该工艺在可重复性、稳定性、加工效率等方面还存在些许的问题需要解决。针以钛金属和不锈钢为例, 对纳秒激光氧化着色的原理进行了阐述, 总结了影响着色效果的因素, 并对该技术所存在的问题进行了总结, 同时讨论了下一步的研究方向。

研究紫外线诱导的光产物FICZ(6-Formylindolo［3,2-b］carbazole)对体外培养的人皮脂腺细胞芳香烃受体(AHR)信号通路影响及相关炎症因子mRNA表达的影响, 探讨紫外线诱导痤疮发生的机制。方法：Real-time qPCR检测分析永生化的SZ95人皮脂腺细胞暴露于紫外线光产物 FICZ后, 检测AHR及其下游基因CYP1A1表达, 以及炎症基因IL-1α、IL-1β、RELA等表达。结果：FICZ组AHR表达丰度是CONTROL组(未加入FICZ组, 以下均称对照组)的1.412倍(P＜0.01); FICZ组CYP1A1基因表达丰度是对照组的142.338倍(P＜0.01); FICZ组IL-1α基因表达丰度是对照组的4.039倍(P＜0.01); FICZ组IL-1β基因表达丰度是对照组的4.245倍(P＜0.01); FICZ组RELA基因表达丰度是对照组的1.432 倍(P＜0.01)。结论：紫外线光产物FICZ激活AHR信号通路, 从而影响皮脂腺细胞的炎症因子IL-1α、IL-1β、RELA等产生, 这可能是紫外线诱导痤疮发生的机制之一。