紫外纳秒激光对硬质木材表面烧蚀机理的研究

发布时间：2023-04-01 07:22

　　木质材料具有高度的多样性与变异性,因此越来越多的研究关注于提高木质材料的综合利用率,改善木材的基础性能,扩大木材的应用领域。激光对木质材料加工和表面处理的先进加工技术,是从激光对金属材料加工领域兴起并发展而来的,相对于传统的机械加工具有更多的优势。激光与木质材料的相互作用包含复杂的能量转换过程,其烧蚀过程为光热学、力学相互叠加的影响。木材激光加工具有加工精度高、减少木材资源浪费、可实现复杂形状的加工、无刀具损耗、通过精细的参数调控,对特定木材实现改变木表物理化学特性等优势。本文在国内外激光木材加工相关研究已有成果的基础上,搭建一整套紫外355 nm波长的纳秒激光加工系统,对选定木材(白蜡木、橡木、南方松木、紫檀)表面进行打点、划线、扫面等加工。通过调整激光功率,检验激光加工系统性能和稳定性的同时,探究参数变量对木材切割深度、切缝宽度、热影响区等木材加工质量的具体影响。利用此套激光加工系统,结合SEM、¹H-NMR、ATR-FTIR、有机元素分析、范式化学法等表征和检测实验,定性和定量地证明紫外纳秒激光对紫檀中木质素和纤维素均会产生烧蚀,且在烧蚀过程中木质素对于激光...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 激光切割的基本原理
    1.3 激光与木材的相互作用
        1.3.1 木材对激光的吸收原理
        1.3.2 激光与木材作用的物理过程
    1.4 木材的主要化学组成
    1.5 激光加工木材相比于传统切割方法的优势
    1.6 脉冲激光加工的优势
    1.7 国内外激光加工木材技术发展状况
        1.7.1 激光加工木材影响参数研究进展
        1.7.2 激光加工木材模拟仿真研究进展
        1.7.3 激光加工木材效果研究进展
        1.7.4 国内研究现状
        1.7.5 木材表面激光热处理技术研究进展
    1.8 研究目的、研究内容及技术路线
        1.8.1 研究目的
        1.8.2 研究内容
        1.8.3 技术路线
2 紫外纳秒脉冲激光加工系统设计
    2.1 激光加工系统工作原理及组成
    2.2 实验系统总体设计
    2.3 固体ND:YVO4激光器选型及工作原理
        2.3.1 激光器选型依据
        2.3.2 固体激光器工作原理
    2.4 上平台外光路设计
    2.5 切割头设计及位移平台选型
        2.5.1 切割头设计
        2.5.2 位移平台选型
    2.6 冷却系统设计及软件控制
    2.7 激光器功率测试
    2.8 本章小结
3 实验材料与方法
    3.1 实验仪器及化学试剂
        3.1.1 实验仪器
        3.1.2 实验试剂
    3.2 加工样品形貌表征
    3.3 实验材料
    3.4 实验内容
4 木材激光加工系统性能检验实验及分析
    4.1 实验方案
        4.1.1 加工方式变量实验
        4.1.2 木材树种变量实验
        4.1.3 激光功率变量实验
    4.2 加工样品表面形貌观测与分析
        4.2.1 加工方式变量实验样品白光干涉观测与分析
        4.2.2 木材树种变量实验样品扫描电镜观测与分析
        4.2.3 激光功率变量实验样品扫描电镜观测与分析
    4.3 本章小结
5 激光对紫檀原材中的木质素去除特性研究
    5.1 木质素的构成与分离
    5.2 样品制备
    5.3 实验内容与结果分析
        5.3.1 核磁共振氢谱(液体)实验结果分析
        5.3.2 红外光谱试验结果分析
        5.3.3 有机元素检测实验结果分析
        5.3.4 SEM表面形貌分析
        5.3.5 植物纤维素、半纤维素和木质素含量测试分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
个人简介
第一导师简介
第二导师简介
获得成果目录
致谢



本文编号：3776705