激光打孔是一种高效精密的特种加工方式,由于它具有高精度、高能量、高灵活性以及高效率等特点被广泛地应用到工程材料的打孔之中。氧化铝陶瓷材料是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料,在航空发动机以及航空高温隔热罩等领域应用较为广泛。该材料具有强度高但脆性大的特点,传统的机械加工方式已经难以满足当今的需求。激光在加工陶瓷材料时有明显的优势,但是激光对氧化铝陶瓷进行打孔时却存在锥度大、圆度低、大量熔渣堆积、烧蚀、重铸层和微裂纹等缺陷,从而影响打孔的质量,直接影响零件的寿命。针对上述陶瓷在激光打孔过程中出现的这些问题,本文采用自制夹持装置利用静态溶液辅助激光打孔,提高加工质量、降低微观缺陷,同时还具有环保、成本低的优点。本文采用Nd:YAG脉冲激光对厚度为1mm的氧化铝陶瓷片进行定点打孔,把氧化铝陶瓷片分别置于空气孔、水溶液中(一次打孔和二次打孔)、氯化钠盐溶液中(一次打孔和二次打孔)进行实验研究。通过单因素实验在五种打孔方式(激光空气打孔、激光在水溶液中一次打孔、激光在水溶液中二次打孔、激光在盐溶液中一次打孔、激光在盐溶液中二次打孔)下研究氧化铝陶瓷打孔的质量特性,通过测量孔径并计算出孔的锥度和圆度,分析激光参数以及静态溶液对打孔质量的影响。观测打孔过程中出现的熔渣、烧蚀、重铸层和微裂纹等微观缺陷分析其与加工环境与参数的关系。同时分析了各个环境下孔的形成、凝固以及溶液的动态变化过程及温度场的分布变化情况。主要研究结论如下:(1)当激光在空气中打孔时。随着电流和脉宽的增加,熔渣的堆积量增加、重铸层变厚、烧蚀严重、微裂纹变的更粗更明显。而激光在静态溶液中打孔时,上述缺陷则较小。(2)激光在溶液中打孔时,无论是水溶液还是盐溶液均有助于提高打孔的质量。孔的锥度有效地降低,圆度提高,孔表面的熔渣堆积、重铸层厚度以及烧蚀和微裂纹现象减少。激光在空气中打孔的圆孔锥度为15°,大于激光在静态溶液中打孔的锥度11°。激光在空气中打孔时,孔的圆度除电流为210A(下孔在230A)处达到最佳值0.95之外,其余均在0.9以下。而激光在静态溶液中打孔时,孔的圆度基本高于0.9,且最佳值达到0.99以上。激光在空气中打孔,孔表面的熔渣堆积高度在50μm以上,而激光在静态溶液中打孔,孔的表面熔渣高度却只有20μm左右,同时下孔堆积明显减少。重铸层的厚度由20μm以上(空气中打孔)降低到10μm左右(静态溶液中打孔)。(3)通过观察曲线的波动幅度,激光在氯化钠盐溶液中打孔时,随着激光参数的改变,孔的锥度和圆度的变化稳定且有规律性,但是激光在水溶液中打孔则没有激光在盐溶液中打的孔稳定。(4)激光在静态溶液中一次打孔和二次打孔时,二次打孔的孔的锥度11°要小于一次打孔时孔的锥度13°左右。但是圆度却有缺陷,即当一次打孔所打孔的圆度较高时,二次打孔其圆度则降低;一次打孔所打孔的圆度较差时,二次打孔则较圆。综上所述,激光在静态溶液中打孔,孔的表面质量较高、熔渣堆积显著减少,通过简易夹持机构完成装夹,可有效提高激光打孔的加工质量。