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核主泵是核电站的核心设备之一,并且是我国核电设备中最后一个完全依靠进口的设备。核主泵密封环的制造工艺是核主泵自主制造技术的瓶颈。陶瓷具有优异的力学、热学、化学特性,是制造密封环的常用材料。但陶瓷的极大脆性和超高硬度使传统的加工技术无能为力,而激光加工技术具有加工质量好、精度高、加工形状可以自由设定的特点,使其在硬脆材料的微细加工上优势明显。因此,陶瓷的激光微细加工技术成为解决密封环制造难题的重要途径之一。本文采用准分子激光实现Al2O3陶瓷的微细刻蚀加工。在深入分析目前陶瓷激光微细加工技术的研究现状及存在问题的基础上,对准分子激光刻蚀陶瓷的材料去除机理和加工工艺展开了较深入的研究。主要研究的内容和结论如下：(1)通过分析准分子激光光束特性和Al2O3陶瓷物理化学性质以及它们相互作用的特点,研究了刻蚀过程中发生的物理现象。针对刻蚀量随能量密度增加而下降的问题,定性分析了等离子体羽辉在刻蚀过程中的作用。通过建立热传导模型,以解析计算的方法求得了KrF激光刻蚀Al2O3陶瓷材料的刻蚀阈值。得出如下结论：(2)Al2O3陶瓷在光热和光化学作用的共同作用下得以去除,其中光热作用起主导作用。去除的材料直接以爆炸的形式汽化去除。等离子体羽辉对激光单点脉冲刻蚀陶瓷几乎没有影响。(3)根据光束发散度、稳定性和整个光束截面上能量分布三个方面的设计要求,通过分析准分子激光光束在介质中的传播规律,对光路进行了优化设计。明确了准分子激光微细加工Al2O3陶瓷试验平台搭建过程中所要注意的问题,提出了平台搭建的总体方案和光路调试方法,并对试验平台进行搭建和调试,所搭建的试验平台满足试验要求。(4)利用搭建的准分子激光微细加工平台,进行了KrF激光刻蚀Al2O3陶瓷的工艺试验。研究了刻蚀量和表面粗糙度随激光的能量密度、脉冲数、脉冲重复频率的变化规律,确定出最佳的工艺参数。(5)通过分析比较刻蚀前后的陶瓷片表面形貌可知,刻蚀孔底部均匀、平坦,而刻蚀边缘存在烧蚀痕迹。主要原因是KrF光斑能量分布不均匀,中心能量高于边缘且均匀性好于边缘,且不呈高斯分布,为近高帽形分布。这一现象与通过温度场分析预测的KrF激光刻蚀Al2O3陶瓷的结果一致,即直接以材料爆炸形式汽化去除。