基于CBDC优化超声辅助水下激光切割单晶硅的工艺

来源：激光技术杂志2024年第6期北京时间：

作者：周嘉, 周辽, 欧阳励, 焦辉, 黄宇星, 龙芋宏

摘要：为了对超声辅助水下纳秒激光切割工艺进行快速的优化，通过分析空化气泡动力学特性(CBDC)对工艺效果的影响，采用数值仿真分析、正交试验和高速摄像方法进行了理论分析和实验验证，得到了超声辅助水下激光切割工艺的优化参数，并验证了CBDC是影响切割工艺的主要因素。结果表明，随着空化气泡对激光束的干扰程度增加，切槽深度降低速度增加；随着切槽深宽比的增加，空化气泡脉动冲击对切槽底部产生的等效应力越大；当超声功率Pu=65 W、水层厚度hw=1 mm、激光脉冲频率fq=20 kHz、激光扫描速率v=1 mm/s时，可以获得最大深宽比约为1.71，槽宽约为99.88 μm，槽深约为170.18 μm，热影响区大小约为31.71 μm，微裂纹长度约为33.42 μm，此时空化气泡周期较短(约为100μs~160μs)。该研究可为多能场水下激光复合加工工艺参数的优化提供参考。

关键词：激光技术, 超声辅助, 水下激光切割, 空化气泡, 工艺优化