(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211176127.X (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 梅雪松　郑庆振　姜歌东　闫兆暄　 凡正杰　王文君　崔健磊　孙铮　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 贺建斌 (51)Int.Cl. B23K 26/00(2014.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 26/082(2014.01) (54)发明名称 一种基于超声振动辅助飞秒激光加工C/SiC 复合材料的方法 (57)摘要 一种基于超声辅助高重频飞秒激光加工C/ SiC复合材料的方法， 先搭建飞秒激光加工光路 系统， 光路包括高重频飞秒激光器， 高重频飞秒 激光器输出激光依次经过分1/2波片、 分光棱镜、 扩束器等进入振镜垂直照射在超声振动装置的 加工工位上， 超声振动装置的振幅由超声发生器 控制， 超声振动装置的位置由三维移动平台控 制， 利用计算机控制振镜进而控制高重频飞秒激 光器、 振镜、 三维移动平台的加工过程中的功率、 运动轨迹速度和激光焦点与材料表 面的离焦量； 本发明超声波振动空化效应和近场对流增强作 用有利于减少粒子屏蔽、 更好地冷却烧蚀的颗粒 和碎屑， 降低它们与材料表面结合的趋势， 减少 表面氧化， 提高加工表面质量和去除深度； 获得 的C/SiC复合材 料表面光滑平整。 权利要求书2页 说明书3页 附图2页 CN 115365639 A 2022.11.22 CN 115365639 A 1.一种基于超声辅助高重频飞秒激光加工C/SiC复合材料的方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 1)将C/SiC 复合材料分别用丙酮、 无水乙醇和去离子水进行超声波清洗， 然后利用干燥 的氮气吹干得到 干净的C/SiC复合材 料样品(10)； 2)搭建飞秒激光加工光路系统， 光路包括高重频飞秒激光器(1)， 高重频飞秒激光器 (1)输出激光依次经过分1/2波片(2)、 分光棱镜(4)、 第一反射镜(5)， 第一反射镜(5)使光路 转90°后， 激光光束再通过扩束器(6)和第二反射镜(12),然后 经由第二反射镜(12)进入振 镜(11)垂直照射在超声振动装置(9)的加工工位上， 其中超声振动装置(9)的振幅 由超声发 生器(7)控制， 超声振动装置(9)的位置由三维移动平台(8)控制， 利用1/2波片(2)、 分光棱 镜(4)和功 率计(3)组合检测激光功 率， 同时利用计算机(13)控制振镜(11)进而控制高重频 飞秒激光器(1)、 振镜(1 1)、 三维移动平台(8)的加工过程中的功率、 运动速度和轨 迹； 3)将C/SiC复合材料样品10固定到超声振动装置9上， 通过控制三维移动平台8X轴和Y 轴提供样品加工区域起始位置， 调节Z轴控制激光焦点与C/SiC复合材料样品10表面的距 离； 4)利用超声发生器(7)控制超声振动装置(9)在垂直方向的振幅； 5)利用计算机(13)调节高重频飞秒激光器(1)的输出功率， 其 中激光波长为1030nm， 脉 宽为240fs， 重频为5 0kHz； 6)利用振镜(11)调控在C/SiC复合材料样品(10)表面上的运动轨迹和扫描速度， 首先 进行横向扫描， 然后再纵向扫描， 即得到表面 光滑且无纤维破损的C /SiC复合材 料表面。 2.根据权利要求1所述的的方法， 其特征在于： 所述的步骤3)中激光焦点距C/SiC复合 材料样品(10)表面的距离为0～ ‑6cm， 负号表示激光焦点在C/SiC复合材料样品(10)表面以 下。 3.根据权利要求1所述的的方法， 其特征在于： 所述的步骤4)中超声振动装置(9)的振 动振幅的范围为10 ‑40 μm。 4.根据权利要求1所述的的方法， 其特征在于： 所述的步骤5)中高重频飞秒激光器(1) 的输出功率的范围为2 ～12W。 5.根据权利 要求1所述的的方法， 其特征在于： 所述的步骤6)中扫 描轨迹间隔为5 μm， 扫 描速度为20 0‑1600mm/s。 6.根据权利要求1所述的 的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)将30×30mm C/SiC复合材料分别用丙酮、 无水乙醇和去离子水进行超声波清洗， 然 后利用干燥的氮气吹干得到 干净的C/SiC复合材 料样品(10)； 2)搭建飞秒激光加工光路系统， 光路包括高重频飞秒激光器(1)， 高重频飞秒激光器 (1)输出激光依次经过分1/2波片(2)、 分光棱镜(4)、 第一反射镜(5)， 第一反射镜(5)使光路 转90°后， 激光光束再通过扩束器(6)和第二反射镜(12),然后 经由第二反射镜(12)进入振 镜(11)垂直照射在超声振动装置(9)的加工工位上， 其中超声振动装置(9)的振幅 由超声发 生器(7)控制， 超声振动装置(9)的位置由三维移动平台(8)控制， 利用1/2波片(2)、 分光棱 镜(4)和功 率计(3)组合检测激光功 率， 同时利用计算机(13)控制振镜(11)进而控制高重频 飞秒激光器(1)、 振镜(1 1)、 三维移动平台(8)的加工过程中的功率、 运动速度和轨 迹； 3)将C/SiC复合材料样品(10)固定到超声振动 装置(9)上， 通过控制三维移动平台(8)X权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115365639 A 2轴、 Y轴和Z轴提供样品加工区域起始 位置， X轴、 Y轴和Z轴配合移动可调节激光焦点与C/SiC 复合材料样品(10)表 面的距离， 其激光焦点距C/SiC复合材料样品(10)表面的距离为 ‑4cm， 负号表示激光焦点在C /SiC复合材 料样品(10)表面以下； 4)利用超声发生器(7)控制超声振动装置(9)在垂直方向的振幅， 使超声振幅为28 μm； 5)利用计算机(13)调节高重频飞秒激光器(1)的输出功率， 其 中激光波长为1030nm， 脉 宽为240fs， 重频为5 0kHz， 输出功率 为12W； 6)利用振镜(11)调控在C/SiC复合材料样品(10)表面上的运动轨迹和扫描速度， 其中 设定扫描轨迹间隔为5 μm， 扫描速度设定为1000mm/s,首先进行横向扫描， 然后再纵向扫描， 即得到表面 光滑且无纤维破损的C /SiC复合材 料表面。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115365639 A 3