微激光辅助切削硒化锌晶体去除机理研究

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.09.022

中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (9): 2298-2304.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.09.022

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微激光辅助切削硒化锌晶体去除机理研究

耿瑞文¹^,²^,³(), 杨蔚华¹^,²(), 谢启明⁴, 田助新¹^,², 李立军¹^,², 吴海华²

^1.三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室, 宜昌, 443002
^2.三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心, 宜昌, 443002
^3.隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室, 山东大学, 济南, 250061
^4.昆明物理研究所, 昆明, 650233

收稿日期:2025-09-02 出版日期:2026-09-25 发布日期:2026-10-21
通讯作者: 杨蔚华
作者简介:耿瑞文，1993年生，博士、讲师。研究方向为红外光学脆性材料场辅助超加工。E-mail： precious.grw@gmail.com
杨蔚华^*（通信作者），1975年生，教授。研究方向为数字化机械装备设计与先进制造技术研究。E-mail： ywhuactgu@126.com。
基金资助:
湖北省水利水电重点实验室开放基金(2024KJC04);隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室开放基金(TESKL202415);宜昌市自然科学研究项目(A25-3-005);湖北省教育厅科学技术研究项目(B2024020)

Research on Removal Mechanism of μ-LAM of ZnSe Crystal

GENG Ruiwen¹^,²^,³(), YANG Weihua¹^,²(), XIE Qiming⁴, TIAN Zhuxin¹^,², LI Lijun¹^,², WU Haihua²

^1.Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design and Maintenance，China Three Gorges University，Yichang，Hubei，443002
^2.Hubei Engineering Research Center for Graphite Additive Manufacturing Technology and Equipment，China Three Gorges University，Yichang，Hubei，443002
^3.State Key Laboratory for Tunnel Engineering，Shandong University，Jinan，250061
^4.Kunming Institute of Physics，Kunming，650233

Received:2025-09-02 Online:2026-09-25 Published:2026-10-21
Contact: YANG Weihua

摘要/Abstract

摘要：

进行了硒化锌晶体在传统超精密加工和微激光辅助切削（μ-LAM）的对比实验，分析了μ-LAM时激光功率对表面形貌、表面质量的影响规律，获得了最优工艺参数。为揭示μ-LAM机理，采用变温纳米压痕技术分析了硒化锌的力学性能随温度的变化规律。研究表明，在相同的切削条件下，μ-LAM能够显著改善工件的表面质量，但激光功率过大会导致表面质量的恶化，在最优激光功率2.34 W下，可获得最优表面质量，其表面粗糙度为3.97 nm；硒化锌的硬度和弹性模量随着温度的升高而降低，最终改善了材料塑性。

关键词: 硒化锌晶体, 微激光辅助切削, 拉曼光谱, 表面质量, 激光功率

Abstract:

Comparative experiments between μ-LAM and traditional ultra-precision machining were carried out. The effect of laser power of μ-LAM on surface morphology and surface quality was analyzed， and the optimal machining parameters were obtained. To reveal the mechanism of μ-LAM， variable-temperature nanoindentation technique was employed， and temperature-dependent mechanical properties were investigated. Under the same cutting conditions， the results show that the surface quality is improved significantly with μ-LAM. However， excessive laser power may lead to deterioration of surface quality. The best surface quality with surface roughness of 3.97 nm is realized at a laser power of 2.34 W. The hardness and elastic modulus of ZnSe crystal decrease with increasing temperature， resulting in an increase in plasticity.

Key words: ZnSe crystal, micro laser-assisted machining（μ-LAM）, Raman spectrum, surface quality, laser power

中图分类号:

TH161

耿瑞文, 杨蔚华, 谢启明, 田助新, 李立军, 吴海华. 微激光辅助切削硒化锌晶体去除机理研究[J]. 中国机械工程, 2026, 37(9): 2298-2304.

GENG Ruiwen, YANG Weihua, XIE Qiming, TIAN Zhuxin, LI Lijun, WU Haihua. Research on Removal Mechanism of μ-LAM of ZnSe Crystal[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(9): 2298-2304.

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链接本文: https://www.cmemo.org.cn/CN/10.3969/j.issn.1004-132X.2026.09.022

https://www.cmemo.org.cn/CN/Y2026/V37/I9/2298

图/表 11

图1 微激光辅助切削实验装置

Fig.1 The μ-LAM experimental setups

图2 表面/亚表面检测装置

Fig.2 Surface/subsurface characteristics detecter

图3 微激光辅助切削ZnSe晶体过程

Fig.3 μ-LAM ZnSe crystal process

图4 已加工表面在不同激光功率下FESEM图像

Fig. 4 FESEM image of machined surface under different laser powers

图5 不同激光功率下典型表面缺陷的FESEM图像

Fig.5 FESEM image of surface defects under different laser powers

图6 不同激光功率对表面粗糙度的影响

Fig.6 Surface roughness under different laser powers

图7 不同激光功率下工件表面最大温度

Fig.7 The max temperature of sample surface under different laser powers

图8 传统超精密切削与微激光辅助切削的已加工表面拉曼光谱

Fig.8 Raman spectra of machined surface under traditional ultra-precision machining andμ-LAM

图9 传统超精密切削与微激光辅助切削下切屑的拉曼光谱

Fig.9 Raman spectra of chips under traditional ultra-precision machining andμ-LAM

图10 ZnSe晶体不同温度下载荷与压入深度曲线

Fig.10 Curves of load and indentation depth for ZnSe crystal under different temperatures

图11 ZnSe晶体硬度和弹性模量随温度曲线

Fig.11 Elastic modulus and hardness of ZnSe crystal under different temperatures

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