Influence of surface morphology and processing parameters on polishing of silicon carbide ceramics using femtosecond laser pulses

材料科学 抛光 飞秒 碳化硅 陶瓷 激光器 光电子学 激光烧蚀 光学 表面粗糙度 复合材料 物理
作者
Qinsi Zheng,Xuesong Mei,Gedong Jiang,Zhaoxuan Yan,Zhengjie Fan,Wenjun Wang,Aifei Pan,Jianlei Cui
出处
期刊:Surfaces and Interfaces [Elsevier BV]
卷期号:36: 102528-102528 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.surfin.2022.102528
摘要

In this paper, silicon carbide (SiC) ceramics were polished using a high-frequency femtosecond laser (fs-laser). The influence of different laser incidence angles on the machined surface were investigated in detail, and the processing morphologies for different laser processing parameters were analyzed and optimized. The theoretical simulation and experimental results indicated that the original surface defects of pits prior to processing of the SiC surface remarkably affects the ablation effect. When fs-laser polishing at vertical incidence, the effect of light trapping occurred in the pits due to multiple reflections, enhancing the absorption of laser energy to enlarge the size of pits. The small incidence angle can eliminate the effects of light trapping in the pits and obtain the smooth surface of the material. In addition, the degree of oxidation and graphitization decrease significantly with a decrease of incidence angle. The optimal processing parameter combination under the incidence angle of 10°, laser frequency of 100 kHz, scanning speed of 200 mm/s, single pulse energy of 60 μJ was obtained. The polished SiC ceramic exhibited a smooth, flat and pit-free surface with the average Sa of 0.187 μm and Sz of 2.313 μm. Finally, the formation of typical features such as pits, particles and debris deposition, was explained in detail. Our work provides new research ideas for understanding the polishing mechanisms concerning the removal of surface defects and depositions from the SiC ceramics.
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