Microstructure evolution and ablation mechanism of SiCf/SiC ceramic matrix composite microgrooves processed by pico-second laser

材料科学 微观结构 复合材料 陶瓷 可加工性 机械加工 无定形固体 激光器 复合数 激光烧蚀 陶瓷基复合材料 脆性 光学 冶金 物理 有机化学 化学
作者
Cheng Zhang,Han Li,Jie Chen,Qinglong An,Ming Chen
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (23): 37356-37365 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.09.060
摘要

SiCf/SiC ceramic matrix composites have been widely applied in turbine engine aerospace components with high temperature resistance, high strength, and lightweight performances. Due to the high brittleness and anisotropy, laser-assisted machining acts as a feasible process to improve the machinability of the SiCf/SiC composites. A single-factor experiment was designed to understand the microstructure evolution and ablation behaviors of the microgrooves processed by pico-second laser in this study. The high pulse energy/scanning time and low scanning speed had positive impacts on the depth and width, but negative effect on the three-dimensional surface roughness Sa. Besides, the optimal parameter was 200 kHz repetition frequency. In addition, the microstructure evolution and ablation mechanism under different laser parameters were investigated by the HRSEM, EDS, and XRD analysis. These experimental results showed that the machined microgrooves were covered by a large amount flocculent composed of amorphous SiO2 when the oxidation was weak, and the splashes with the form of amorphous SiO2 and crystal SiO2 under strong ablation conditions. This indicated that the plasma effect transformed to the photothermal effect with enough heat. Meanwhile, a condensate layer occurred in all experiments and a recrystallized SiC layer relied on the microgroove depth controlled by adjusting laser parameters. This work will provide a theoretical basis and practice guidance for laser-assisted machining of the SiCf/SiC composites.
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