01
Papīra ievads
Itrija{0}}stabilizētā cirkonija oksīda (YSZ) keramika tiek plaši izmantota inženierzinātņu jomās,-tādos kā termiski barjeras pārklājumi un biomedicīna-, pateicoties tās augstajai kušanas temperatūrai, izcilajai cietībai un lieliskajai izturībai pret koroziju. Tradicionālās keramikas savienošanas metodes (piem., cietlodēšana un difūzijas savienošana) parasti prasa visu mezglu pakļaut ilgstošai termiskai apstrādei augstas temperatūras krāsnī; šis process var apdraudēt iekšēji iekapsulēto elektronisko komponentu funkcionalitāti, un apstrādājamo paraugu lielumu būtiski ierobežo krāsns kameras izmēri. Līdz ar to ir steidzami jāizstrādā ātras, lokalizētas savienošanas metodes, kurām raksturīga zema siltuma jauda. Lai gan īpaši ātrā lāzermetināšana piedāvā ārkārtīgi zemas siltuma jaudas priekšrocības, YSZ keramikas tiešā metināšana rada ļoti koncentrētu enerģijas nogulsnēšanos, kas izraisa smagu materiāla ablāciju. Šī ablācija izpaužas kā asi, trīsstūrveida iegriezumi, kas izraisa ievērojamu sprieguma koncentrāciju un galu galā noved pie savienojuma stiprības, kas ir ievērojami zemāka nekā pamatmateriālam.
02
**Pilns teksta pārskats**
Lai risinātu nopietnas ablācijas un stresa koncentrācijas kritiskos jautājumus, šajā pētījumā tiek piedāvāta jauna metode YSZ keramikas kausēšanas metināšanai, izmantojot oscilējošu īpaši ātru lāzeru. Kontrolējot īpaši ātru lāzeru, lai tas svārstītos pa noteiktu trajektoriju, šī metode paplašina mijiedarbības laukumu starp lāzeru un substrātu, tādējādi izkliedējot lāzera enerģijas blīvumu saskarnē. Rezultāti parāda, ka, salīdzinot ar tiešo metināšanu, oscilējošā metināšana pārvērš asus ablācijas iegriezumus gludos, pirkstiem līdzīgos robos un izraisa izliektas kolonnas graudu struktūras veidošanos saplūšanas zonā, tādējādi ievērojami uzlabojot savienojuma mehāniskās īpašības. Turklāt, lai pārvarētu problēmu par nepietiekamu iespiešanās dziļumu, kas saistīts ar vienpusēju metināšanu, šajā pētījumā tika veiksmīgi ieviesta abpusējas oscilācijas metināšanas tehnika; ar šo pieeju tika panākta pilna-biezuma metināšana bez nepilnīgiem iespiešanās defektiem, kā rezultātā tika ievērojami uzlabota savienojuma četru-punktu lieces izturība.
03
**Ilustrēta analīze**
1. attēlā ir parādīti oscilējošās ultraātrās lāzermetināšanas procesa principi un tās labvēlīgā ietekme uz iegūto savienojumu makro{1}} un mikro-morfoloģiju. Metināšanas procesa laikā paraugs tiek novietots uz datora-vadāmas trīs-ass (XYZ) kustības platformas; kamēr lāzera stars šķērso lineāri pa Y-asi, tajā vienlaikus notiek sānu svārstības pa X-asi, sekojot trīsstūrveida viļņu formai (att.. 1a un 1b). Šī enerģijas pārdale, izmantojot svārstības, pārveido asos, trīsstūrveida ablācijas iegriezumus{11}}, kas parasti rodas tiešās (nesvārstīgās) metināšanas laikā (att.. 1-c1)-, par gludākām, pirkstiem{16}}līdzīgām ierobām (att.{17}), tādējādi efektīvi koncentrējoties uz šīm vietām. Runājot par mikrostruktūru, vibrējošā lāzera maisošā darbība uz izkausētu baseinu izraisa izliektu kolonnu graudu struktūru veidošanos savienojumā, kas ir orientētas paralēli lāzera svārstību trajektorijai (. 1e attēls). Sapludināšanas zonas (II reģions) lūzumu morfoloģija (att.. 1d) turklāt atklāj, ka mehāniskās slodzes ietekmē šiem viļņainajiem, iegarenajiem kolonnveida graudiem ir tendence lūzt gar graudu robežām un šķelšanās plaknēm. Plaisām izplatoties gar šīm izliektajām graudu robežām, tās ir spiestas pastāvīgi mainīt virzienu; tas ievērojami palielina gan plaisu izplatīšanās virsmas laukumu, gan lūzumam nepieciešamo enerģiju, tādējādi būtiski uzlabojot savienojuma mehāniskās īpašības.
2. attēls vispusīgi ilustrē mikrostrukturālās atšķirības starp savienojumiem, kas iegūti, izmantojot vienpusēju-un abpusēju oscilējošu ultraātru lāzermetināšanu, kā arī šo atšķirību ietekmi uz četru-punktu lieces izturību. 2.a attēlā ir parādīts savienojuma šķērsgriezums un lūzuma morfoloģija, kas metināta, izmantojot vienpusējas svārstību metodi ar lāzera jaudu 900 mW un metināšanas ātrumu 0,1 mm/s. Tā kā vienpusējās svārstību tehnika izkliedē lāzera enerģiju, kušanas dziļums ir ievērojami samazināts; līdz ar to pilna{12}}biezuma metināšana netiek sasniegta, savienojumā atstājot atšķirīgus nesaistītus apgabalus. Pie pieliktās slodzes šie necaurlaidīgie reģioni izraisa nopietnu sprieguma koncentrāciju, tādējādi ierobežojot jebkādu turpmāku savienojuma mehānisko īpašību uzlabošanos. Divpusējās svārstību metināšanas stratēģija-, kas tika ieviesta, lai pārvarētu šo vājo vietu, ir izrādījusies ļoti efektīva. Kā parādīts 2.b attēlā, ar identiskiem apstrādes parametriem divpusējās metināšanas tehnika veiksmīgi panāca pilnīgu savienojuma saplūšanu, efektīvi novēršot nesaistīto reģionu radītās sprieguma koncentrācijas un būtiski palielinot savienojuma efektīvo savienojuma laukumu. Mehānisko īpašību salīdzinājums, kas parādīts 2.c attēlā, sniedz vizuālu apstiprinājumu ievērojamam stiprības pieaugumam, ko izraisa šie morfoloģiskie uzlabojumi. Vienpusējai metināšanai maksimālā stiprība 53,9 MPa tika sasniegta pie metināšanas ātruma 0,05 mm/s; un otrādi, izmantojot divpusējās metināšanas paņēmienu, maksimālā lieces izturība 56,2 MPa tika sasniegta ar ātrumu 0,10 mm/s-, kas ir par 102,2% uzlabojums salīdzinājumā ar tiešo metināšanu. Tas pārliecinoši parāda abpusējās oscilējošās metināšanas izšķirošās priekšrocības, novēršot iekšējos defektus un uzlabojot keramikas savienojumu vispārējo mehānisko veiktspēju.
