激光制备先进材料及其应用PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 激光产生的基本原理及其发展历程 1

1.1.1 激光产生的基本原理 1

1.1.2 激光的发展历史 2

1.2 激光的特性 3

1.2.1 激光的高亮度 3

1.2.2 激光的高方向性 3

1.2.3 激光的高单色性 3

1.2.4 激光的高相干性 4

1.3 激光材料加工的特点 4

1.4 激光材料加工的发展及应用现状 4

1.4.1 国外激光材料加工的发展及应用 4

1.4.2 我国激光材料加工的发展及应用 5

1.5 激光材料加工的发展趋势 6

2 激光材料加工的技术基础 7

2.1 激光加工用激光器 7

2.1.1 高功率CO2激光器系统 7

2.1.2 固体激光器系统 8

2.1.3 准分子激光器系统 9

2.1.4 光纤激光器 10

2.1.5 激光材料加工用其他激光器 11

2.1.6 正确选用材料加工用激光器 11

2.2 激光材料加工成套设备系统 12

2.2.1 激光加工机床 12

2.2.2 激光加工成套设备系统及国内外主要厂家 12

2.3 激光材料加工用光学系统 13

2.3.1 激光器窗口 13

2.3.2 导光聚焦系统及光学元部件（激光加工外围设备） 14

2.4 激光束参量测量 14

2.4.1 激光束功率、能量参数测量 14

2.4.2 激光束模式测量 14

2.4.3 激光束束宽、束散角及传播因子测量 16

2.4.4 激光束偏振态测量 17

2.4.5 激光束的光束质量及质量因子M2的概念 18

3 激光与材料交互作用的理论基础 19

3.1 材料对激光吸收的一般规律 19

3.1.1 吸收系数与穿透深度 19

3.1.2 激光垂直入射时的反射率和吸收率 20

3.1.3 吸收率与激光束的偏振和入射角的依赖关系 20

3.2 激光束与金属材料的交互作用 21

3.2.1 交互作用的物理过程 21

3.2.2 固态交互过程 23

3.2.3 液态交互作用 24

3.2.4 气态的交互作用 24

3.2.5 激光诱导等离子体现象 24

3.3 激光束作用下的传热与传质 25

3.3.1 传热过程 25

3.3.2 传质过程 32

3.4 高能束加热的固态相变 33

3.4.1 固态相变硬化特征 33

3.4.2 固态相变组织 37

3.5 高能束加热的熔体及凝固 40

3.5.1 熔体特性 40

3.5.2 凝固特征 42

3.5.3 凝固组织 45

3.5.4 重熔凝固组织 45

3.5.5 自由表面组织 46

4 激光制备耐热耐蚀复合材料涂层及其应用 47

4.1 激光技术制备耐热与耐腐蚀复合材料的理论基础 47

4.1.1 激光技术制备耐热与耐腐蚀复合材料的联系与区别 47

4.1.2 增强体在激光表面热处理过程中的变化 47

4.1.3 激光技术制备合金化涂层成分均匀化原理 48

4.1.4 激光熔覆与激光合金化的应力状态、裂纹与变形 49

4.1.5 激光熔覆与激光合金化的气孔及其控制 50

4.2 激光制备耐腐蚀复合材料 51

4.2.1 材料腐蚀给国民经济造成了极大的损失 51

4.2.2 激光制备耐腐蚀复合材料方法分类 52

4.2.3 激光技术制备耐腐蚀涂层粉末体系与应用 52

4.3 激光制备耐热复合材料 54

4.3.1 激光制备耐热复合材料分类 54

4.3.2 激光制备耐热复合材料体系与应用 54

5 激光制备金属基复合材料耐磨涂层及其应用 57

5.1 激光熔覆制备金属基梯度复合材料耐磨涂层 57

5.1.1 梯度涂层成分设计 57

5.1.2 梯度涂层的激光熔覆制备过程 58

5.1.3 梯度涂层的组织与性能 58

5.1.4 梯度复合材料涂层的应用 61

5.2 球墨铸铁激光熔凝淬火形成的网络状复合材料 64

5.2.1 球墨铸铁激光熔凝淬火组织 64

5.2.2 球墨铸铁激光熔凝淬火性能 65

5.3 球墨铸铁激光熔凝淬火的应用 68

6 激光制备梯度生物医学陶瓷材料涂层及其应用 69

6.1 激光熔覆制备梯度生物活性陶瓷复合涂层 70

6.1.1 梯度生物活性陶瓷涂层成分设计 70

6.1.2 梯度生物活性陶瓷涂层的制备过程 72

6.1.3 梯度生物活性陶瓷涂层的组织结构 74

6.1.4 梯度生物活性陶瓷涂层的力学性能 80

6.2 梯度生物活性陶瓷涂层的生物活性 97

6.2.1 生物陶瓷涂层的模拟体液试验 97

6.2.2 梯度生物陶瓷涂层的动物实验 105

6.2.3 梯度生物陶瓷涂层的细胞学实验 116

6.2.4 梯度生物陶瓷涂层与蛋白质的相互作用 120

6.3 梯度生物陶瓷涂层的应用 122

7 激光熔覆制备形状记忆合金涂层 123

7.1 激光熔覆Fe-Mn-Si记忆合金涂层的制备工艺 124

7.1.1 记忆合金涂层的试验流程 124

7.1.2 记忆合金涂层的粉末配制 125

7.2 记忆合金涂层的工艺优化 126

7.2.1 记忆合金涂层的预置粉末厚度 127

7.2.2 记忆合金涂层的多道搭接率 127

7.2.3 记忆合金涂层的比能量 128

7.3 记忆合金涂层的成分设计 130

7.3.1 激光熔覆过程中各元素的变化规律 130

7.3.2 比能量对记忆合金涂层化学成分的影响 131

7.3.3 记忆合金涂层粉末配方优化 131

7.4 记忆合金涂层的组织结构分析 132

7.4.1 记忆合金涂层的宏观形貌分析 132

7.4.2 记忆合金涂层的显微组织分析 134

7.4.3 记忆合金涂层的相组成分析 135

7.5 记忆合金涂层的力学性能分析 136

7.5.1 记忆合金涂层的形状恢复率 136

7.5.2 记忆合金涂层的耐磨性分析 137

7.5.3 记忆合金涂层的耐蚀性分析 139

7.5.4 记忆合金涂层的接触疲劳性能分析 140

7.6 记忆合金涂层的残余应力分析 141

7.6.1 记忆合金涂层残余应力的定性分析 141

7.6.2 记忆合金涂层残余应力的定量分析 142

8 激光制备纳米材料及其应用 147

8.1 激光技术制备纳米材料的优点 147

8.2 激光技术制备纳米材料的方法 148

8.2.1 激光消融技术 148

8.2.2 激光干涉结晶法 148

8.2.3 激光诱导化学气相沉积法（LICVD） 148

8.2.4 激光加热蒸发法 149

8.2.5 激光分子束外延技术（LMBE） 149

8.2.6 激光诱导液相沉积法 149

8.2.7 激光气相合成法 149

8.2.8 利用飞秒激光制备高纯金属纳米颗粒 150

8.2.9 激光聚集原子沉积法 150

8.2.10 激光脉冲沉积法（PLD） 150

8.3 激光制备纳米材料的机理 150

8.3.1 激光诱导等离子体的原理与机制 150

8.3.2 激光制备纳米粒子生成原理与成核生长机理 151

8.4 激光技术在纳米材料制备中的应用实例 151

8.4.1 激光烧蚀法制备零维、一维、二维纳米材料 151

8.4.2 激光干涉结晶技术制备二维有序分布纳米硅阵列 155

8.4.3 激光诱导化学气相沉积法制备纳米氮化硅及粉体 157

9 激光制备电子功能陶瓷及其应用 160

9.1 电子功能陶瓷概述 160

9.2 钛酸钡电子功能陶瓷研究现状及发展趋势 162

9.2.1 钛酸钡的主要制备方法 162

9.2.2 钛酸钡电子功能陶瓷的组织结构 166

9.2.3 钛酸钡的性能 169

9.2.4 钛酸钡的应用 171

9.3 钛酸钡电子功能陶瓷目前存在的问题 172

9.4 宽带CO2激光烧结钛酸钡电子功能陶瓷 173

9.5 宽带激光制备钛酸钡电子功能陶瓷材料及方法 174

9.5.1 试验材料 174

9.5.2 试验方法 175

9.6 激光烧结工艺参数对钛酸钡陶瓷组织性能的影响 178

9.6.1 不同工艺参数下样品的宏观质量 178

9.6.2 物相分析 179

9.6.3 四方相含量分析 181

9.6.4 BaTiO3陶瓷的组织结构分析 182

9.7 掺杂对钛酸钡陶瓷的影响 185

9.7.1 物相分析 186

9.7.2 结构分析 187

10 激光制备高熵合金涂层及其应用 190

10.1 高熵合金理论基础 190

10.2 高熵合金特性 192

10.2.1 高熵效应 192

10.2.2 晶格畸变效应 193

10.2.3 迟滞扩散效应 194

10.2.4 鸡尾酒效应 195

10.3 高熵合金的制备方法 195

10.3.1 真空电弧熔炼 195

1O.3.2 磁控溅射法 196

10.3.3 电化学沉积法 197

10.3.4 其他方法 197

10.4 高熵合金的性能及应用 197

10.5 激光制备高熵合金工艺优化 199

10.5.1 激光熔覆功率对高熵合金涂层组织的影响 201

10.5.2 激光熔覆扫描速度对高熵合金涂层组织的影响 201

10.6 激光制备高熵合金涂层组织结构分析 204

10.6.1 XRD物相分析 204

10.6.2 SEM分析 205

10.6.3 金相组织分析 209

10.6.4 激光熔覆高熵合金TixFeCoCrWSi涂层的硬度 211

10.6.5 激光熔覆高熵合金TixFeCoCrWSi涂层磨损性能 213

10.6.6 激光熔覆高熵合金TixFeCoCrWSi涂层电化学腐蚀性能 215

参考文献 218