激光对金属铜微孔加工的热力学过程研究

材料科学基础第三章答案

第三章 1. 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（tm＝1453℃）的比值为0.18，试求其凝固驱动力。（ΔH＝-18075J/mol） 3. 已知Cu的熔点tm＝1083℃，熔化潜热Lm＝1.88×103J/cm3，比表面能σ＝1.44×105 J/cm3。（1）试计算Cu在853℃均匀形核时的临界晶核半径。（2）已知Cu的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的原子数。 4. 试推导杰克逊（K.A.Jackson）方程 5. 铸件组织有何特点？ 6. 液体金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？ 7. 已知完全结晶的聚乙烯（PE）其密度为1.01g/cm3,低密度乙烯（LDPE）为0.92 g/cm3，而高密度乙烯（HDPE）为0.96 g/cm3，试计算在LDPE及HDPE中“资自由空间”的大小。8欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡从而有较低共晶温度的二元系？9. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 10. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 11. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 12. 简述纯金属晶体长大的机制。13. 试分析单晶体形成的基本条件。 14. 指出下列概念的错误之处，并改正。(1) 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。(2) 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减少，因此是一个自发过程。(3) 在任何温度下，液体金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。

金属结晶的现象

第四讲金属结晶的现象及条件第一节金属结晶的现象一、主要内容：金属结晶的宏观现象金属结晶的微观现象二、要点：金属结晶的热分析曲线，热分析法，过冷现象，过冷度，结晶潜热，金属结晶的热分析曲线分析，金属结晶的微观过程分析，形核，晶核长大。三、方法说明：首先介绍热分析法，说明热分析曲线，介绍金属的热分析曲线的特征，说明过冷现象，过冷度，结晶潜热，金属结晶的微观现象，可举例说明晶核的形成和长大的过程，如窗花，盐，冰，植物等增加学生的感性认识和对形核、长大的理解。授课内容：物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固。凝固后的物质可以是晶体，也可以是非晶体。若凝固后的物质为晶体，则这种凝固称为结晶。一、金属结晶过程中的宏观现象热分析法：将纯金属放入坩埚中加热熔化成液态，然后插入热电偶测量温度，让液态金属缓慢而均匀的冷却，用X－Y记录仪将冷却过程中的温度与时间记录下来，获得冷却曲线，这种实验方法叫热分析法。如图图1 热分析实验装置示意图图2 纯金属的冷却曲线 2、热分析曲线：纯金属的冷却曲线，即温度随时间的变化曲线。 3、过冷现象：金属的实际开始凝固温度Tn总是低于理论凝固温度Tm的现象。 4、过冷度：理论凝固温度与实际开始凝固温度之差,即Δ T＝Tm-Tn。结晶潜热：金属熔化时从固态转变为液态需要吸收热量，而结晶时从液态转化为固态要放出热量，前者叫熔化潜热，后者叫结晶潜热。二、金属结晶的微观过程金属的结晶是一个晶核的形成和晶核的长大过程。

第二节金属结晶的热力学条件第三节金属结晶的结构条件一、主要内容：金属结晶的驱动力和热力学条件结构起伏的概念二、要点：热力学第二定律，物质系统，自发过程，熵的概念，金属结晶过程液固两相自由能之差的推导，液相、固相自由能随温度变化示意图晶胚，晶核，近程有序，远程有序，液态金属的结构，液态金属中不同尺寸结构起伏出现的几率，最大结构起伏尺寸与过冷度的关系三、方法说明：熵，物质系统，自发过程等概念较抽象，打比方形象的说明有利于学生的理解。用液态金属的宏观特性解释液态金属的微观结构，解释金属结晶的微观过程，讲清晶胚，晶核等概念及影响因素，说明金属结晶的结构条件授课内容：第二节金属结晶的热力学条件热力学第二定律：在等温等压下，过程自发进行的方向是体系自由能降低的方向。自由能G 用下式表示： G=H-TS，式中，H是焓；T是绝对温度；S是熵，可推导得 dG＝ Vdp－ SdT。在等压时，dp=0，故上式简化为： dG＝－ SdT。由于熵恒为正值，所以自由能是随温度增高而减小。图3 自由能随温度变化的示意图

激光清洗加工系统技术方案

4.2.制造周期.......................................................... 5.安装与服务............................................................. 5.1.安装调试.......................................................... 5.2.包装运输.......................................................... 5.3.设备验收.......................................................... 5.4.培训.............................................................. 5.5.售后服务.......................................................... 6.附件：公司介绍......................................................... 6.1.焊接系列激光器.................................................... 6.2.熔覆/淬火系列产品................................................. 6.3.激光加工头产品.................................................... 激光清洗加工系统技术方案 1.系统技术方案 1.1.方案概述传统工业清洗方法包括机械摩擦清洗法、化学腐蚀清洗法、液体固体喷射清洗法和高频超声清洗法，尽管它们在工业清洗行业得到了广泛的应用，但在我国环境保护法规要求越来越严格和高精密器件应用越来越广泛的情况下传统清洗方法的应用受到了很大的限制。机械方法清洁度高，但易损伤基材，化学腐蚀清洗方法属于无应力清洗，但污染较重，特别是当污垢成分复杂时，必须选用多种清洗剂反复清洗才能满足表面清洁度的要求。液体固体喷射清洗灵活度较高，但相对成本较高，需要消耗大量的水及固体掺杂物，后期废液处理工作也较复杂；高频超声波清洗法尽管清洗效果不错，但对附着力强的亚微米级污粒的清洗无能为力，清洗槽的尺寸限制了被清洗工件尺寸范围，而且清洗后的干燥亦是一大难题。激光清洗是一种高效、绿色清洗技术，相对于化学清洗，其不需任何化学药剂和清洗液；相对于机械清洗，其无研磨、无应力、无耗材，对基体损伤极小（文物字画清洗）；激光可利用光纤传输引导，清洗不易达到的部位，适用范围广（核管道清洗）；适用对象也比较广泛，

金属材料第三章结晶

第三章金属的结晶金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体，故又把凝固称为结晶。 §3.1 结晶的过程和条件一、液态金属的结构特点金属键：导电性，正电阻温度系数近程有序：近程规则排列的原子集团结构起伏：近程规则排列的原子集团是不稳定的，处于时聚时散，时起时伏，此起彼伏，不断变化和运动之中，称为结构起伏。结晶的结构条件：当近程规则排列的原子集团达到一定的尺寸时，可能成为结晶核心称为晶核, 即由液态金属的

结构起伏提供了结晶核心。结构起伏是金属结晶的结构条件。二、结晶过程形核：液相中出现结晶核心即晶核；晶核长大：晶核形成后不断长大，同时新晶核不断形成并长大；不断形核、不断长大；晶体形成：各晶核相互碰撞，形成取向各异、大小不等的等轴晶粒组成的多晶体形核与长大是晶体形成的一般规律。单晶体与多晶体三、结晶的过冷现象用热分析法获得液态金属在缓慢冷却时温度随时间的变化关系，即冷却曲线。由冷却曲线可知，结晶时有过冷现象：实际结晶温度Tn低于理论结晶温度

Tm的现象称为过冷。液态金属过冷是结晶的必要条件。过冷度：△T=Tm-Tn, 其大小除与金属的性质和纯度有关外，主要决定于冷却速度，一般冷却速度愈大，实际结晶温度愈低，过冷度愈大。四、结晶的热力学条件热力学：研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科，主要研究平衡状态的物理、化学过程。热力学第二定律：在等温等压下，自发过程自动进行的方向是体系自由焓降低的方向，这个过程一直进行到自由焓具有最低值为止，称为最小自由焓原理。利用最小自由焓原理分析结晶过程。两相自由焓差是相变的驱动力。金属结晶的热力学条件：固相自由焓必须低于液相自由焓。热力学条件与过冷条件的一致性。

金属结晶的基本规律是什么12

第一章思考作业题 1．一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf的载荷，它的直径是多少？ 2．有一直径15mm的钢棒所能承受的最大载荷为11800kgf，问它的强度是多少。 3．一根2米长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？（黄铜线膨胀系数为20×10－6℃－1，平均弹性模量为110000MPa） 4．一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定，因此不能发生收缩。问当温度下降到9℃时，钢轨内产生的应力有多大？（钢的线膨胀系数为12×10－6℃－1，弹性模量为206000MPa）5．零件设计时，选取σ0.2（σS）还是选取σb，应以什么情况为依据？ 6．δ与ψ这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？ 7．常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？ 8．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？ 9．举例说明机器设备选材中物理性能、化学性能、工艺性能的重要性。第一章参考答案： 1．18.9mm 2．871MPa 3．3.2mm，176MPa 4．64.3MPa 第二章思考作业题 1．从原子结合的观点来看，金属、高分子和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？2．试用金属键的结合方式，解释金属具有良好导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性。 3．简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。 4．晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材料都有影响吗？ 5．聚合物的分子量有什么特点？如何表示聚合物分子量的大小？ 6．什么是聚合物分子的构型和构象？如何才能改变其构型和构象？ 7．陶瓷材料的晶体相有哪几种主要结构？举例说明。 8．与金属比较，简述陶瓷材料的结构特点。 9．硅酸盐化合物有那几种基本类型？第三章思考作业题 1．金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？ 2．过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？3．如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：（1）砂型铸造与金属铸造；（2）厚壁铸件与薄壁铸件；（3）加变质剂与不加变质剂；

激光加工光学系统

激光加工机的光学系统--激光束传输.聚焦和观察系统

激光基础知识 1.1 激光的产生三要素：1.具有亚稳态能级的激活介质——激光工作物质； 2.能量泵浦源——提供能量以实现粒子数反转； 3.激光谐振腔——多次光放大维持激光振荡；

1.2 激光光束的特性 1）高光亮度——激光束发散角很小，光能量集中，光强度很高例如：太阳光亮度 3 x 102 W / (cm2.sr) ；气体激光器的光亮度106W / (cm2. sr)；固体激光器的光亮度可达1011W / (cm2.sr)；若进一步将激光束聚焦（空间上集中）或压缩脉冲宽度（时间上集中），则激光束更有极高的光亮度 2）高方向性——由于谐振腔对光束方向的限制，激光束发散角很小。例如He-Ne 激光器的发散角10-1 mrad; 固体激光器的发散角1－10 mrad（毫弧度） 3）高单色性——激光的谱线宽度极窄——准单色光；若进一步采用稳频和选取单一纵模，更可大大压缩谱线宽度，可视为单波长。 4）高相干性——由于激光的谱线宽度极窄，传播中能产生相干的两点的时间间隔很大（时间相干性好）；又激光发散角很小，方向性很高，激光束波前面内任意两点均相干（空间相干性好）

1.3激光器的输出特性 1）激光波长——激光器输出准单色光；不同激光器输出激光波长不同，材料吸收特性各不同；对不同材料用不同的激光来加工。 2）激光输出的能量和功率连续激光: 激光功率P = 激光能量/ 秒脉冲激光: 峰值功率P = 脉冲能量E / 脉冲宽度T m 脉冲激光: 平均功率P=脉冲能量E x 脉冲频率f

3）激光束的空间分布特性—— 基模（TEM00）高斯光束——光场振幅按高斯函数分布；振幅值下降到1/e(=0.368)强度下降到中心强度1/e2 的光斑宽度定义为光斑半径；对应的全角宽度定义为光束发散角；为了改善发散角可用小孔选模，非稳腔选模，拉长谐振腔等方法高斯光束的参数：束腰；等相位面；发散角；

第二章纯金属的结晶答案

第二章纯金属的结晶 (一) 填空题 1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为凝固，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为固态相变。 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是变质剂的作用在于增加晶核的数量或者阻碍晶核长大。钢中常用的变质剂为V,Ti,Al。变质处理常用于大铸件，实际效果较好。 4．铸锭和铸件的区别是。铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。 5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是控制过冷度、变质处理、振动、搅动6．金属冷却时的结晶过程是一个放热过程。 7．液态金属的结构特点为短程有序。 8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的粗，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细，薄铸件的晶粒比厚铸件细。 9．过冷度是金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细。 (二) 判断题 1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。N 2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。N 3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。( Y ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( N ) 金属玻璃---如果液体金属急速地降温，获得极大过冷度，以至没有形核就将温到原子扩散难以进行的温度，得到固体金属，它的原子排列状况与液态金属相似，这种材料称为非晶态金属，又称金属玻璃。 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。( N) 过冷度过大会降低原子的扩散能力，给形核造成困难，使形核率降低。 6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。 7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。Y 9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细Y 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。N 11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。Y 14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀形核的结果。( Y) 15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。( ) (三) 选择题 1 液态金属结晶的基本过程是 A．边形核边长大B．先形核后长大 C．自发形核和非自发形核D．枝晶生长 2．液态金属结晶时， C 越大，结晶后金属的晶粒越细小。 A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则B A．N增大、G减少，所以晶粒细小B．N增大、G增大，所以晶粒细小

高端电子基板多品种高精高效制造核心装备-华南理工大学

2018年度广东省科学技术奖公示表（科技进步奖）项目名称高端电子基板多品种高精高效制造核心装备、关键工艺及系统集成主要完成单位广东工业大学大族激光科技产业集团股份有限公司深南电路股份有限公司深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司安捷利实业有限公司华南理工大学主要完成人（职称、完成单位、工作单位）1. 陈新（教授、广东工业大学、广东工业大学） 2. 崔成强（教授、安捷利、广东工业大学） 3. 刘强（教授、广东工业大学、广东工业大学） 4. 高云峰（高级工程师、大族激光、大族激光） 5. 陈云（副教授、广东工业大学、广东工业大学） 6. 万加富（教授、华南理工大学、华南理工大学） 7. 李志东（高级工程师、兴森快捷、兴森快捷） 8. 王成勇（研究员、深南电路、深南电路） 9. 曹立强（研究员、深南电路、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司） 10. 陈庆新（教授、广东工业大学、广东工业大学） 11. 冷杰武（副教授、广东工业大学、广东工业大学） 12. 徐青松（工程师、安捷利、安捷利） 13. 曹洪涛（工程师、大族激光、大族激光） 14. 陈蓓（高级工程师、兴森快捷、兴森快捷） 15. 谷新（高级工程师、深南电路、深南电路）项目简介电子基板被誉为“电子产品之母”，随着4G/5G通讯、超级计算、现代军事等技术迅猛发展，高密度、高多层化、柔性化的高端基板需求迫切，其制造技术成为产业高速发展的基础支撑。项目实施前，高端基板制造面临“高精度、高密度、高品质、多品种、短周期”诸多难题叠加，实现加工精度、制造品质、生产效率及差异化适应能力等制造技术的整体跨越成为行业发展的重大技术挑战。项目历经十余年的产学研攻关，在核心装备、关键工艺及系统集成等方面创新如下：一、海量微细孔群高精高效加工技术与装备。发明了系列紫外激光扩束技术，研发了高功率皮秒紫外激光器；发明了功率/脉冲/波长等加工参数精准调控、钻头动态特性智能匹配等精细控制技术。攻克了层级材料不一、孔径/孔距/孔深不一、通/盲孔并存的孔群高精高效关键加工难题。研制的系列装备加工精度、效率(最小孔径15μm、误差3.3%, 主轴最大速度50m/min)优于国际同类(20μm、10%, 25m/min)。

3.2 结晶的热力学条件

3.2 结晶的热力学条件一结晶的过冷现象在纯金属液体缓慢冷却过程中测得的温度—时间关系曲线(冷却曲线)如图3—2所示。从冷却曲线可见，纯金属液体在平衡结晶温度T m 时，不会结晶。只有冷却到T m 以下的某个温度才开始形核，而后长大并放出大量潜热，使温度回升到略低于T m 温度。结晶完成后，由于没有潜热放出，温度继续下降。过冷是指液态材料在理论结晶温度以下仍保持液态的现象。通常将平衡结晶温度T m 与实际结晶温度T n 之差T ?称为过冷度，即n m T T T -=?。图1 纯金属的冷却曲线二凝固的热力学条件什么是平衡结晶温度，为什么形核必需在过冷条件下才能发生，这类问题需用热力学来解释。由热力学第二定律知道，在等温等压条件下，一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液、固金属自由能G 与温度T 的关系曲线如图2所示。曲线上G L =G S 对应的温度T m 被称为平衡结晶温度，只有T

m m T T L V G ?-=?。式中T ?是过冷度，m L 为熔化潜热。该式表明过冷度越大结晶的驱动力也越大。由上式可知，要使ΔGv ＜0，必须使ΔT ＞0，即T ＜Tm ，故ΔT 称为过冷度。晶体凝固的热力学条件表明，实际凝固温度应低于熔点Tm ，即需要有过冷度。

三维激光切割加工

三维激光切割加工性能参数耗电耗材：系统耗电：<8KW(根据选配激光器功率大小而异) 零星耗材：<0.5元/小时(包括高功率激光器水冷系统的滤芯、切割头气嘴和切割头保护镜片) 吹气费用：<6元/小时(以用纯氧辅助切割2MM内碳钢为例) 三维切割系统的技术优势： 1.因为采用了业内最高精度的史陶比尔机械手，本体较轻，切割速度快，在小弧度的精细切割和大边的高速切割方面具有明显优势，实际切割速度可以达到18米/分钟而无抖动，综合加工效率是其他品牌机械手组合的两倍，性价比高，还可以节约一组的耗材和人工，后期可以少追加设备也能满足产能要求。还可24小时持续工作。一次性投入相对较少，在一个很短的折旧期内(两班8小时工作制)，史陶比尔机器人激光解决方案就可回收投资。同时能耗少，体积小，维护需求低。 2.切割精度高。采用史陶比尔专利齿轮减速系统JCS和JCM，独一无二的驱动技术，确保了无可匹敌的轨迹控制精度和速度。即使是要求极高的小圆，或复杂立体几.何图形的加工，也可精确和快速完成，从而提升您的产品品质。系统重复定位精度高达±0.05M，完全可以满足钣金件行业的精度需求。可切割直径小至2MM的小圆，切割效果圆滑美观，目测无形变和毛刺。 3.切割幅面大，实际死角小。选配臂长2.01米的机械手，除了实现直径达3米的半球形三维加工区域外，还可实现较大的二维平面切割，配合我公司配套生产的可移动工作台2.5mX5m(2m 的运动行程)，可实现2mX5m的二维平面切割。 4. 根据实际需要选配离线编程软件，可读取UG,SOLIDWORK等三维作图软件导出的 vda,igs,x_t,sldprt,prt,stp,ipt,par等格式的数模，修改后直接生成切割轨迹，代替人工示教，简单易用。 5. 工业控制理念，模块化设计，全系统的防护等级为IP55,机械手防护等级更是高达IP65，系统集成度高，故障少，抗冲击振动，抗灰尘，无须光学调整或维护，真正适合于工业加工领域的应用用于恶劣的激光环境。结构坚固，动态性更佳。而其他同类产品为简单集成，设备的稳定性较差。 6.系统的工艺性和易用性较好。简单而功能强大的史陶比尔激光专用标准软件LasMAN基于Windows操作系统，用户界面简单友好，集成了机器人运动控制、激光控制、数据处理和产品管理等功能。友好的人机界面，模块化的设计，使得操作者仅需经过简单的培训即可达到系统产能最大化，同时也易于集成。这就大大降低了对操作工人的要求，降低了对工人的管理难度。

CNC高速精密微孔钻铣床

CNC高速精密微孔钻铣床几乎在各个生产领域的产品中都能遇到微孔，且随着产品要求的提高，不仅仅孔径更小，孔深加深，而且对孔尺寸形状精度和表面粗糙度的要求也越来越高。几年来，遇到过很多小零件上都有种微孔(如图1所示)，零件本身的形体就很小，在其上还要钻出f0.10～0.80mm……的微孔。图1 各种微孔加工图1中的零件微孔比较典型的，材料本身亦很难加工，如又硬又粘的不锈钢，极硬的高温合金和磁性材料，质硬而脆的琥珀、玛瑙等。在这些材料零件上要钻出微孔，其难度是可想而知的。曾用激光和电火花加工过这些微孔，但因孔的精度、表面粗糙度、效率等原因，很难达到零件的设计要求。这类微孔，目前在内仍是机械加工当中的一大难题。经过多年研究，深深体会到要加工这类微孔，使用超高转速钻床钻削是最为有效的途径。为此，经过多年研究努力，设计研制成功了具有高转速的微孔精密钻床系列(WKWGZ-42、WKWGZ-43、WKWGZ-44、WKWGZ-45、WKWGZ-46、ZS401、ZKS401等)，均为国家发明专利。系列钻床上所配备的高速主轴有3种，均系无级调速。I型主轴，转速为15000～40000r/min；II型主轴，转速为15000～60000r/min，III 型主轴，转速为20000～80000r/min。微孔高速精密钻刻铣床是系列钻床中较完善的一种，不仅可完成图1所示各种零件的钻孔功能，如换成相应的微型铣刀或金刚石铣刀，还具有微细的刻铣功能，如刻铣各种图形、网格、曲线、花纹、花边、字形和各种装饰花形等，总之，凡在微机上能画出的图形、花形图案，都能刻铣出来。该钻床除具有高转速、微动进给和高的制造精度外，还有如下特点： 1. 除钻孔外，还具有微细的刻铣功能；工作台面采用200mm×200mm，可扩大加工工件范围；

3.金属结晶的结构条件

第三节金属结晶的结构条件金属的结晶是晶核的形成和长大的过程,而晶核是由晶胚生成的，那么，晶胚又什么呢?它是怎样转变成品核的呢这些问题都涉及到液态金展的结构条件因此了解液态金属的结构对于深入理解结晶时的形核和长大过程十分重要液态固态气态金属结构的比较： ●由于液体具有良好的流动性，所以人们曾经认为，液态金属的结构与气体相似，是以单原子状态存在的，并进行着无规则的热运动。 ●但是大量的实验结果表明，液态金属的结构与固态相似，而与气态金属根本不同。 ?例如，金属熔化时的体积增加很小()%5~ 3，说明固态金属与液态金属 % 的原子间距相差不大； ?液态金属的配位数比固态金属的有所降低，但变化不大，而气态金属的配位数却是零； ?金属熔化时的熵值较室温时的熵值有显著增加，这意味着其原子排列的有序程度受到很大的破坏。 ●液态金属结构的X射线研究结果表明，在液态金属的近邻原子之间具有某种与晶体结构类似的规律性，这种规律性不像晶体那样延伸至远距离。液态金属的短程有序和晶体的长程有序：在液体中的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的原子集团，称为近程有序，但在大范围内原子是无序分布的，而在晶体中大范围内的原子却是呈有序排列的，称之为远程有序。

应当指出，液态金属中近程规则排列的原子集团并不是固定不动、一成不变的，而是处于不断地变化之中 ● 由于液态金属原子的热运动很激烈，而且原子间距较大,结合较弱，所以液态金属原子在其平衡位置停留的时间很短，很容易改变自己的位置， ● 这就使近程有序的原子集团只能维持短暂的时间即被破坏而消失，与此同时，在其它地方又会出现新的近程有序的原子集团。 ● 前一瞬间属于这个近程有序原子集团的原子，下一瞬间可能属于另一个近程有序的原子集团。 ● 液态金属中的这种近程有序的原子集团就是这样处于瞬间出现，瞬间消失，此起彼伏，变化不定的状态之中，仿佛在液态金属中不断涌现出一些极微小的固态结构一样。 ● 这种不断变化着的短程有序原子集团称为结构起伏，或称为相起伏。最大相起伏尺寸 ● 在液态金属中，每一瞬间都涌现出大量的尺寸不等的相起伏 ● 在一定的温度下，不同尺寸的相起伏出现的几率不同，如图2-7所示。尺寸大的和尺寸小的相起伏出现的几率都很小， ● 在每一温度下出现的尺寸最大的相起伏存在着一个极限值max r ， ● max r 的尺寸大小与温度有关，温度越髙，则max r 尺寸越小，温度越低，则max r 尺寸越大（图2-8）， ● 在过冷的液相中，max r 尺寸可达几百个原子的范围。根据结晶的热力学条件可以判断

微孔加工

激光和激光技术 (7) 激光上釉技术对于材料改性很有发展前途，其成本低，容易控制和复制，有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术，在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其它电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想。一、激光打孔的特点。 (15) 二、激光打孔的分类。 (16) 三、激光打孔设备。 (17) 四、激光打孔工艺。 (19) National Jet公司于1937年由微型钻孔技术的开拓者John Cupler 建立。多年前，一个外国钻头制造商把自己所生产的最微型钻头送给Cupler，并问他是否能生产出如此小的钻头。而Cupler先生回答他们的方式是在这个钻头上钻了个孔并将它送了回去。这些微型小孔只有在高倍显微镜下才能看到，许多微小型钻孔的决定因素也类似于标准尺寸的钻削加工。每当对一项新任务进行评估时，National Jet公司首先必须确定最为有效的孔加工方法。这很大程度上还得根据加工零件种类、内孔直径、几何形状、尺寸精度要求和深度、加工零件的批量大小，以及原来采用的加工方法等。装有显微镜的手控机床经常被用于科研项目、小批量生产或只需要极少数的微小孔加工。一些致力于微小孔加工机床开发的制造商，大多提供是手控式机床，这一加工方法要追溯到上世纪的三十年代。其它的尽管已经用CNC工作台加以改造，但仍然保持着用手工控制钻头的进给，手动进给这样的微小直径钻头，需要熟练的工人进行手工感觉。National Jet公司已经总结的许多微小孔钻削的经验。“我们的熟练的工人操作者事实上都能由‘感觉’确认微小型钻头是否已

激光加工系统的组成及其特性激光加工机床如激光打孔机和激光切割(20200517102623)

激光加工系统的组成及其特性激光加工机床如激光打孔机和激光切割机除具有一般机床所需有的支承构件、运动部件以及相应的运动控制装置外，主要应备有激光加工系统，它是由激光器、聚焦系统和电气系统三部分组成的。 1．激光器激光器由激光光源、光泵、聚光器和谐振腔组成，应用于加工的激光器主要有：（l）固体激光器具有稳定性好的特点，但能量效率低一般＜3％，由于输出能量小，主要用于打孔和点焊及薄板的切割。（掺钕钇化铝石榴石）等作为工作物质。YAG是固体激光中能发出最大功率的离子激光。YAG的结晶母材是由钇、铝和石榴石构成的，其中微量的钕离子刚起激光作用。YAG的激光波长为 1.06μm，相当于二氧化碳气体激光坤长的1/10。它的绿色的激光束可在脉冲或连续波的情况下应用，具有波长短、聚光性好适于精密加工特别是在脉冲下进行孔加工最为有效，也可用于切削、焊接和光刻等。且由于聚光性好，可通过光导纤维传格能量，适用于内腔加工等特定切合，其能量效率不及CO2气体激光源最多不超过3％，目前产品的输出功率大多在600W以下，最大已达4kW。另一种红宝石激光源的波长更短为0.69μm，稳定性好，但能量效率0.1％～0.3％，主要用于打孔和点焊。 2）光泵是使工作物质发生粒子反转产生受激辐射的激励光源，因此光泵的发射光谱应与工作物质的吸收光谱相匹配。常用的光泵有脉冲氙灯和氪灯，脉冲氙灯的发光强度和频率较高，适用于脉冲工作的团体激光器，而氪灯的发光光谱能与YAG的吸收光谱很好匹配，是YAG连续激光器的理想光泵。为改善照射的均匀性，光泵可用双灯（如图l所示的件3有上、下两个）、三灯或四灯。 3）聚光器罩在光泵的外围，它是把光泵发生的光有效地、均匀地集中到工作物质上。聚光器中常用的是圆柱聚光器和椭圆聚光器，也有球形、椭球和紧包形的聚光器。其要求为聚光均匀、散热好、结构简单、内壁反射率高，表面粗糙度Rα0.04μm以下，通常聚光效率达80％。 4）谐振腔是光学反馈元件，它的作用是位光放大介质产生光振荡。其类型对激光输出能量和发散角有很大影响，常用的平行平面谐振腔由图l中反射镜1与4组成，谐振腔的长度为激光半波长的整倍数，反射镜平行度＜10"。（2）气体激光器常用的工作物质有分子激光的二氧化碳（CO2）和离子激光的氩气（Ar），后者输出功率为25W，它的10ns级短脉冲，使热影响区小，用于半导体、陶瓷和有机物的高精度微细加工。而CO2激光器的功率在连续方式工作时可达45kW，脉冲式可达5kW，故在加工中应用最广。 1）CO2气体激光器的波长为10.6μm，处于红外线领域，因而其激光束为不可见光。它是在氦的体积分数约80％，氮的体积分数约15％和CO2的体积分数约5％的混合气体中进行放电形成粒子数反转的分子激光。它的能量效率通常为5％～10%高效装置甚至可达10％～15％。CO2激光器的工作原理图如图2所示。 2）气体激光的激励虽也可用光泵的方法，但大多用直流放电（图2）或高频放电的方式。 3）诸振腔由放电管两端的镜面构成，一端是镀金凹镜，另一端是锗或砷化镓平镜，它们也兼作密封之用。 CO2激光器的输出功率与放电管的长度成正比，低速轴流式的气体流速慢，输出功率小，约50～70W/m，但其输出功率稳定，易得到单模，一般用于百瓦级激光器。对于千瓦级的CO2激光器则采用气体循环速度达100m/s的高速轴流式的激光器或气流及放电与激光光轴垂直的双轴直交型以及气流、放电与激光光轴三者互相垂直的三轴直交型可达到使激光器小型化。 2. 见惯系统其作用是把激光束通过光学系统精确地聚焦至工件上大放具有调节焦点位置和观察显示的功能。CO2激光器输出的是红外线，故要用锗单晶、砷化镓等红外材料制造的光学透镜才能通过。为减少表面反射需镀增速膜。图3为应用于CO2激光切割机的透射式聚焦系统。图中在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体N2的喷嘴，用以提高切割速度和切口的平整光洁。工作台用抽真空方法使薄板工件能紧贴在台面上。

相变内容提要本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件

第八章相变内容提要：本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件、动力学过程、相变与材料性能关系以及相变研究中采用的某些技术，并对玻璃分相的热力学与动力学作了详细的讨论。相变过程是物质从一个相庄、转变为另一个相的过程。一般相变前后相的化学组成不变。狭义上讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化。广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。一级相变与二级相变：相变时两相化学势相等但化学势的一阶偏微商不相等称为一级相变。发生一级相变时有潜热和体积的变化。因此，熔化、升华、凝固、气化、晶型转变都属于一级相变。相变时两相化学势相等，其一阶偏微商也相等，但二阶偏微商不相等称为二级相变。发生二级相变时无潜热和体积变化，只有热容量、膨胀系数和压缩系数的变化。马氏体相变的特征是相变时新相和母相之间具有严格的趋向关系，靠切变维持共格晶界，并存在一个习性平面，在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转变形的状态。相变热力学与相变动力学：当一个熔体（溶液）冷却发生相变时，系统由一个相变为两个相，这使体系在能量上出现两个变化。一是系统中一部分原子（离子）从高自由焓状态（如液态）转变为低自由焓的另一状态（如晶态），使系统自由焓减少1G ?。另一是由于产生新相形成了新的界面就需要做功，从而使系统自由焓增加2G ?，因此系统在整个相变过程中自由焓的变化G ?应为此两项的代数和，即

γA G V G G G V +?=?+?=?21 式中V ——新相的体积； V G ? ——单位体积中旧相和新相之间的自由能之差固液G G -； A ——新相总表面积； γ——新向界面能。 G ?大小将决定新生相（晶核）是否稳定存在与能否长大。假设新相晶胚是球形，则 G ?=γππ??+???n r G n r V 23434 式中r ——球形晶胚半径；n ——单位体积中半径r 的晶胚数。当0T T H G ??=?时，T ?为过冷度，0T 为相变平衡温度。则 γππ??+?????=?n r T T H n r G 20 3434 某些晶核由于能量涨落而达到某一临界尺寸时，晶核进一步长大会使系统的自由焓越来越低而成为稳定的系统，这种晶核称为临界晶核，其半径称为临界半径，相应的自由焓称为临界自由焓或成核位垒，分别表示为 V k G r ?-=γ2 γπk V k A G nr G 31) (31623=?=? 均匀成核是指晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处是相同的（或称均匀成核）。当表面、界面或第二相等作为成核位置时，这种成核过程称为非均匀成核或多相成核。稳定晶核形成后，晶核开始生长，系统总的自由焓随晶体体积增加而下降是晶

激光清洗加工系统技术方案讲解

目录 1. 系统技术方案 ........................................................................................................................................... .......... 3 1.1. 方案概述 ........................................................................................................................................... ...... 3 1.2. 主要设备配置 ......................................................................................................................................... 4 主要设备介绍 ........................................................................................................................................... .......... 6 2.1. 激光器 ........................................................................................................................................... .......... 6 2.2. 光纤系统及加工头 ................................................................................................................................. 7 2.3.

激光打孔

激光打孔一、激光打孔简介：激光打孔利用激光束高能量，高相干性，高光束质量的特点，通过聚焦系统经而易举地可将光斑直径缩小到微米级，从而获得 100~1000W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔。打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中，使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。例如，在聚晶金刚石，高熔点金属钼板，高温合金，陶瓷，上加工微米量级孔径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几十微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头，在不锈钢板上打筛网孔等，激光束以一定的形状及精度重复照射到工件固定的一点上。在和辐射传播方向垂直的方向上，没有光束和工件的相对位移。复制法包括单脉冲和多脉冲。目前一般采用多脉冲法，其特点是可使工件上能量的横向扩散减至最小，并且有助于控制孔的大小和形状。毫秒级的脉冲宽度可以使足够的热量沿着孔的轴向扩散，而不只被材料表面吸收。激光束形状可用光学系统获得。如在聚焦光束中或在透镜前方放置一个所需形状的孔栏，即可以打出异形孔。加工表面形状由激光束和被加工工件相对位移的轨迹决定。用轮廓迂回法加工时，激光器既可以在脉冲状态下也可以在连续状态下工作。用脉冲方式时，由于孔以一定的位移量连续的彼此迭加，从而形成一个连续的轮廓。采用轮廓加工，可把孔扩大成具有任意形状的横截面。激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术,也是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科学技术的迅速发展,使用硬度大、熔点高的材料越来越多,而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求。例如，在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。这一类的加工任务用常规机械加工方法很困难，有时甚至是不可能的，而用激光打孔则不难实现。激光束在空间和时间上高度集中，利用透镜聚焦，可以将光斑直径缩小到微米级从而获得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔，而且与其它方法如机械钻孔、电火花加工等常规打孔手段相比,具有以下显著的优点:1）激光打孔速度快,效率高,经济效益好。由于激光打孔是利用功率密度为l07-109W/cm2的高能激光束对材料进行瞬时作用,作用时间只有10－3-10－5s,因此激光打孔速度非常快。将高效能激光器与高精度的机床及控制系统配合,通过微处理机进行程序控制,可以实现高效率打孔。在不同的工件上激光打孔与电火花打孔及机械钻孔相比,效率提高l0-1000倍。二、现代激光打孔技术激光打孔、不锈钢激光打孔、陶瓷激光打孔、激光精密打孔，主要用于不锈钢、陶瓷、