[发明专利]一种基于超快激光重熔的陶瓷纳米晶化方法

说明书

本发明涉及一种基于超快激光重熔的陶瓷纳米晶化方法。该方法为对陶瓷表面清洁后进行预热，超快激光辐射过程中，在第二个脉冲到达之前，热量迅速扩散，熔融的局部晶粒在原有杂质或晶核的作用下，迅速结晶实现陶瓷表面纳米晶化对陶瓷表面清洁后进行预热，超快激光辐实现陶瓷表面纳米晶化，该方法采用超快激光作为能量来源，安全可靠，纳米化位置可控，纳米化后残余应力小。本发明适用于需对表面纳米化处理的功能陶瓷产品。

技术领域

本发明涉及陶瓷表面纳米化技术领域，具体地说是一种基于超快激光重熔的陶瓷纳米晶化方法。

背景技术

在X射线管、高功率速调管、中子束二极管、脉冲功率开关、加速器等众多高功率器件和大型设备上，陶瓷材料作为起支撑和绝缘作用的重要电气设备，具有优良的电学、力学、化学性能得到广泛的应用，对这些器件的性能与可靠性起着非常关键的作用。陶瓷的传统制备方法是采用高温固相反应法，它也是当今陶瓷材料界一直普遍采用的制备粉体的方法。但是，高温固相反应法制备的粉体往往颗粒较粗，活性较差，化学均匀性较差。随着功能陶瓷的发展，高温固相反应法制备的粉体己经不能满足高性能元器件的要求。而功能陶瓷材料的主要功能好坏又与最终材料的晶粒大小有关，获得晶粒大小适中、尺寸均匀的材料，成为研究的重点。如高压电力设备及高功率脉冲装置的固体介质复合绝缘系统中，在一定的施加电压下会发生沿固体表面的放电和闪络现象，这严重限制了绝缘系统的整体性能，陶瓷样品的晶粒影响其闪络电压，晶粒越小、闪络电压越高，但传统的烧结成型的陶瓷受模具限制无法实现复杂结构，且成品精度有限，由于难于获得成份稳定的标准原料，由于陶瓷的制造工艺过程复杂，因此很难获得稳定的表面机械性能和电学性能。

针对陶瓷材料的不足，采用微纳尺寸的颗粒制备功能陶瓷，存在纳米级别的陶瓷颗粒制备困难，制备的陶瓷孔隙率不好控制，力学性能不好等缺陷。而在烧结过程中加入孕育剂以增加形核率的方式控制晶粒尺寸，存在过程控制不易等缺点。传统的热处理手段虽然能改变部分陶瓷的晶相，但由于其加热过高，同时只能整体处理，不能用于关键位置的进行局部晶化。

因此，应用于高稳定性、经济性和应用于特种场所下的陶瓷工件表面纳米晶化技术已成为高精尖设备的关键技术。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种基于超快激光重熔的陶瓷纳米晶化方法。该方法是一种采用清洁的超快激光辐照的方法，实现功能陶瓷表面纳米晶化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于超快激光重熔的陶瓷纳米晶化方法，包括清洁，预热，超快激光辐照。

超快激光重熔的陶瓷纳米晶化方法，具体步骤为：

步骤1，依次采用丙酮、无水乙醇，去离子水超声清洁陶瓷表面，之后吹干。

步骤2，把干燥后的陶瓷放置在预热系统上，使得待处理的表面正对激光。

步骤3，绘制焦点移动轨迹图形，并导入到激光器控制系统中。

步骤4，打开预热系统，预热到指定温度。

步骤5，调节激光参数，使焦点按照已绘制的轨迹图形进行移动，实现对待处理区的纳米晶化处理。

本发明中的超快激光是指皮秒和飞秒脉宽级别的红外激光。

本发明中的步骤2中预热系统在超快激光工作台上，预热系统与超快激光工作台采用石棉接触隔热，预热系统与工件之间采用石墨接触，以提高工件的受热均匀性。

本发明中的步骤3中焦点移动轨迹图形，需要根据激光焦点进行绘制。

本发明中的步骤4中预热温度应根据材料不同进行相应的调整。

本发明中的步骤5中激光参数包含离焦量、功率，重复频率，焦点移动速度。