最近，期刊《机械工程学报》发表了题为“单晶硅的激光抛光表面形貌演化”的论文。智能制造装备与技术全国重点实验室为论文第一完成单位，硕士生李涛为论文第一作者，肖峻峰副教授为论文通讯作者。

激光抛光利用激光熔化材料表面，在表面张力的作用下使材料平坦化，并修复前道工序造成的亚表面损伤，可实现高效等材非接触抛光。然而激光抛光中由热应力引起的塑性变形对表面形貌的影响无法用传统的表面张力和马兰戈尼效应主导的熔池流动理论解释。对此，本研究综合考虑熔化前的塑性变形及熔化后的表面张力和马兰戈尼效应，阐明了单点激光抛光后中心凸起及边缘堆积的“山”字形表面形貌的演化机理。首先，利用X射线衍射仪发现激光抛光可极大降低切削后工件表面残余压应力。材料在激光加热过程中，中心材料的膨胀受到边缘材料的约束，当压应力超过屈服强度时即产生向上凸起的塑性变形。结合透射电子显微镜与电子衍射表征发现，激光扫描后材料亚表面层畸变由刃形位错转变为塑性变形引起的失配位错。其次，探究了扫描速度对塑性变形与马兰戈尼效应耦合作用下表面形貌演化的影响规律。得到单晶硅在不同抛光重叠率下的表面质量，发现当重叠率高于88%时，塑性变形产生的中心凸起可以被后续激光脉冲所抛光，单晶硅表面粗糙度从 4.04 nm 降低至 0.34 nm。本研究为激光抛光的参数选择提供了理论指导，以满足单晶硅光学元件在星空探测和国防安全等方面的超精密制造需求。

单晶硅的激光抛光表面形貌演化

本研究得到了国家自然科学基金（52225506，51705172，51905194，52188102）的资助。

论文信息：李涛, 黄惟琦, 龙归, 杨思铄, 张建国, 肖峻峰, 许剑锋. 单晶硅的激光抛光表面形貌演化[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 52-64.

论文链接：http://www.cjmenet.com.cn//CN/10.3901/JME.2023.21.052