最近，期刊《Optics and Laser Technology》发表了题为“Material removal mechanism of cryogenic-laser assisted cutting for SiCp/Al composites”的论文。博士生佘中迪为论文第一作者，许剑锋为论文通讯作者。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）因低热膨胀系数、高比刚度和良好的化学稳定性，被广泛用于光学系统镜坯、透镜支架等精密结构件的制造。然而，软质的铝基体与硬脆的SiC颗粒之间存在巨大的性能差异，导致常规切削加工中易出现颗粒脱粘、微裂纹、凹坑等表面缺陷，难以获得超光滑表面。为解决这一难题，本研究创新性地提出将低温辅助与激光加热相结合的切削新方法（Cryogenic-Laser Assisted Cutting, CLAC），系统探究了其材料去除机理。

研究首先通过纳米压痕测试发现，低温处理（233 K）可使SiCp/Al的硬度提高约46.4%（从室温6.55 GPa增至9.60 GPa），杨氏模量提高约20%，有效缩小了铝基体与SiC颗粒之间的力学性能差距。进一步开展沟槽切削实验，结果表明：普通切削、纯低温辅助切削和纯激光辅助切削均会产生不同程度的微坑、裂纹或颗粒压入等缺陷；而CLAC方法实现了高质量表面，切削力更低，呈现韧性去除模式。分子动力学模拟揭示了其内在机制：低温辅助增强了SiC颗粒与Al基体的界面结合，抑制颗粒旋转和脱粘；同时激光加热产生的热软化效应集中在近表层，形成大温度梯度，既提升了材料的韧性去除能力，又避免了对亚表层产生过度塑性变形。通过计算SiC颗粒在xoz平面内的旋转角发现，CLAC可有效抑制亚表层相边界附近的滑移和塑性流动，从而显著改善加工表面质量。本研究为SiCp/Al复合材料的高精密切削提供了一种可行工艺方案，对航空航天、光学精密制造等领域具有重要应用价值。

概括本文研究内容

本研究得到了国家自然科学基金（No. 52225506）的资助。

论文信息：佘中迪, 刘昌林, 柯金洋, 臧艺凯, 张建国, 陈肖, 许剑锋. Material removal mechanism of cryogenic-laser assisted cutting for SiCp/Al composites[J]. Optics and Laser Technology, 2025, 192: 113396.