最近，期刊《Journal of Materials Processing Technology》发表了题为“Improved machinability of single crystal silicon by applying in-situ laser-vibration hybrid assisted diamond cutting”的论文。

超声振动辅助切削在一个切削过程中刀具-材料高频间歇性接触-分离，且每一个振动运动周期内材料去除量极小，能够有效降低切削力与切削热并提升表面质量，已成为重要的难加工材料的制造手段。但是在加工硬脆材料如单晶硅时，刀具与工件的周期碰撞会造成应力集中与突变，从而导致裂纹的形成及拓展。原位激光辅助切削技术将激光聚焦于加工区域，以降低材料硬度，提高硬脆材料的可加工性。本研究创新性地实现了超声振动辅助切削与原位激光辅助切削的耦合，率先提出了In-situ Laser-vibration Hybrid Assisted Diamond Cutting（ILVC），将超声振动辅助切削硬脆材料时的“硬碰硬”转变为“硬碰软”，并以单晶硅为基体开展了实验。结果表明，复合辅助切削能够极大地提高单晶硅的塑脆转变深度，使其从99.1nm提升到1075nm，而超声振动辅助切削与原位激光辅助切削分别为280.5nm及342.7nm，成功实现了“1+1＞2”的效果。在此基础上进行了微透镜和正弦波的复杂结构加工，相较于单场辅助加工，ILVC能够获得更好的表面质量，且其亚表面损伤也得到了明显的抑制。本研究提出的新技术为硬脆材料的超精密加工提供了一种新的思路，能够有效促进光学材料如单晶硅在红外成像等领域的应用。

超声振动-激光原位复合辅助切削技术的提出与应用

本研究得到了国家重点研究计划(2023YFB3407200)、国家自然科学基金(52225506、52188102)和华中科技大学学术前沿青年团队(2019QYTD12)的资助。

论文信息：J. Zhang, X. Li, Y. Fu, Y. Zheng, H. Mo, X. Chen, J. Xiao, J. Xu, Improved machinability of single crystal silicon by applying in-situ laser-vibration hybrid assisted diamond cutting, Journal of Materials Processing Technology. 326 (2024) 118343.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118343