01
บทนำกระดาษ
เซรามิกเซอร์โคเนีย (YSZ) อิตเทรีย{0}}ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิศวกรรม-เช่น การเคลือบป้องกันความร้อนและชีวการแพทย์- เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูง ความแข็งเป็นพิเศษ และต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เทคนิคการเชื่อมด้วยเซรามิกแบบดั้งเดิม (เช่น การบัดกรีแข็งและการเชื่อมด้วยการแพร่กระจาย) โดยทั่วไปแล้ว จะต้องให้ส่วนประกอบทั้งหมดได้รับการบำบัดด้วยความร้อนเป็นเวลานานภายในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง- กระบวนการนี้อาจส่งผลต่อการทำงานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ห่อหุ้มภายใน และขนาดของตัวอย่างที่กำลังประมวลผลถูกจำกัดอย่างรุนแรงโดยขนาดของห้องเตาเผา ดังนั้นจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนในการพัฒนาเทคนิคการเชื่อมแบบเฉพาะจุดที่รวดเร็วซึ่งมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยการป้อนความร้อนต่ำ ในขณะที่การเชื่อมด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนจากการป้อนความร้อนที่ต่ำมาก การเชื่อมโดยตรงของเซรามิก YSZ ส่งผลให้เกิดการสะสมพลังงานที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งทำให้เกิดการระเหยของวัสดุอย่างรุนแรง การระเหยนี้จะปรากฏเป็นรอยบากสามเหลี่ยมที่แหลมคม ซึ่งทำให้เกิดความเข้มข้นของความเครียดอย่างมีนัยสำคัญ และท้ายที่สุดจะนำไปสู่ความแข็งแรงของข้อต่อที่ต่ำกว่าวัสดุต้นกำเนิดอย่างมาก
02
**ภาพรวมข้อความฉบับเต็ม**
เพื่อแก้ไขปัญหาที่สำคัญของการระเหยอย่างรุนแรงและความเข้มข้นของความเครียด การศึกษานี้เสนอวิธีการใหม่สำหรับการเชื่อมฟิวชั่นของเซรามิก YSZ โดยใช้เลเซอร์ที่สั่นเร็วเป็นพิเศษ ด้วยการควบคุมเลเซอร์ที่เร็วมากให้แกว่งไปตามวิถีเฉพาะ เทคนิคนี้จะขยายพื้นที่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์และซับสเตรต ดังนั้นจึงกระจายความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ที่ส่วนต่อประสาน ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมโดยตรง การเชื่อมแบบสั่นจะเปลี่ยนรอยบากของการระเหยที่แหลมคมให้กลายเป็นรอยบากที่เรียบ- และทำให้เกิดการก่อตัวของโครงสร้างเกรนเรียงเป็นแนวเรียงเป็นแนวโค้งภายในโซนฟิวชัน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของข้อต่ออย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ เพื่อแก้ไขปัญหาความลึกในการเจาะไม่เพียงพอที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมแบบด้านเดียว- การศึกษานี้จึงนำเทคนิคการเชื่อมแบบสั่นสองด้าน-มาใช้ได้สำเร็จ แนวทางนี้ทำให้การเชื่อมมีความหนา-เต็มโดยปราศจากข้อบกพร่องในการเจาะที่ไม่สมบูรณ์ ส่งผลให้ความแข็งแรงในการดัดงอสี่-จุดของข้อต่อมีการปรับปรุงอย่างมาก
03
**ภาพประกอบวิเคราะห์**
รูปที่ 1 แสดงให้เห็นหลักการกระบวนการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษแบบสั่น และผลประโยชน์ที่มีต่อสัณฐานวิทยามาโคร- และจุลภาค-ของข้อต่อที่เกิดขึ้น ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ชิ้นงานจะถูกวางบนแท่นเคลื่อนที่สามแกน (XYZ) ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์- ในขณะที่ลำแสงเลเซอร์เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงไปตามแกน Y- ก็จะมีการสั่นด้านข้างไปตามแกน X- พร้อมกันตามรูปคลื่นสามเหลี่ยม (รูปที่ . 1a และ 1b) การกระจายพลังงานใหม่ผ่านการออสซิลเลชันจะเปลี่ยนรอยบากการระเหยแบบสามเหลี่ยมที่แหลมคม-ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมโดยตรง (ไม่-การสั่น) (รูปที่. 1-c1)-ให้กลายเป็นรอยบากที่เรียบกว่า{16}}เหมือนรอยบาก (รูปที่. 1c) จึงช่วยลดความเข้มข้นของความเครียดที่ไซต์เหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในแง่ของโครงสร้างจุลภาค การกระทำของการกวนของเลเซอร์ที่สั่นบนสระที่หลอมละลายทำให้เกิดการก่อตัวของโครงสร้างเกรนเรียงเป็นแนวโค้งภายในข้อต่อ ซึ่งวางขนานไปกับวิถีการสั่นของเลเซอร์ (รูปที่. 1e) สัณฐานวิทยาการแตกหักของโซนฟิวชัน (บริเวณที่ 2) (รูปที่. 1ง) เผยให้เห็นเพิ่มเติมว่าภายใต้การรับน้ำหนักเชิงกล เม็ดเรียงเป็นแนวยาวเป็นลูกคลื่นเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะแตกหักตามแนวขอบเขตของเกรนและระนาบรอยแยก เมื่อรอยแตกร้าวขยายไปตามขอบเขตของเกรนโค้ง พวกมันก็ถูกบังคับให้เปลี่ยนทิศทางอยู่ตลอดเวลา สิ่งนี้จะเพิ่มทั้งพื้นที่ผิวของการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวและพลังงานที่จำเป็นสำหรับการแตกหักอย่างมีนัยสำคัญ จึงช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลของข้อต่อได้อย่างมาก
รูปที่ 2 แสดงให้เห็นอย่างครอบคลุมถึงความแตกต่างทางโครงสร้างจุลภาคระหว่างข้อต่อที่เกิดจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษแบบแกว่งด้านเดียว-ด้านและสอง- รวมถึงผลกระทบของความแตกต่างเหล่านี้ต่อความแข็งแรงในการดัดงอสี่-จุด รูปที่ 2a แสดงภาพตัดขวาง-และสัณฐานวิทยาการแตกหักของรอยต่อที่เชื่อมโดยใช้เทคนิคการสั่นด้านเดียว-ที่กำลังกำลังเลเซอร์ 900 mW และความเร็วในการเชื่อม 0.1 มม./วินาที เนื่องจากเทคนิคการแกว่งด้านเดียว-จะกระจายพลังงานเลเซอร์ ความลึกของการหลอมจึงลดลงอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ จึงไม่สามารถเชื่อมได้เต็ม- ทำให้บริเวณข้อต่อไม่มีรอยต่อชัดเจน ภายใต้แรงกดที่ใช้ บริเวณที่ไม่มีการทะลุทะลวงเหล่านี้จะกระตุ้นให้เกิดความเข้มข้นของความเครียดอย่างรุนแรง ดังนั้นจึงจำกัดการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของข้อต่อเพิ่มเติม -กลยุทธ์การเชื่อมแบบสั่นสองด้าน-ที่นำมาใช้โดยเฉพาะเพื่อเอาชนะปัญหาคอขวดนี้- ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพอย่างน่าทึ่ง ดังที่แสดงในรูปที่ 2b ภายใต้พารามิเตอร์การประมวลผลที่เหมือนกัน เทคนิคการเชื่อมสองด้าน-ประสบความสำเร็จในการหลอมรวมข้อต่อโดยสมบูรณ์ โดยสามารถขจัดความเข้มข้นของความเค้นที่เกิดจากบริเวณที่ไม่มีการยึดเกาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเพิ่มพื้นที่การยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพของข้อต่อได้อย่างมาก การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกลที่แสดงในรูปที่ 2c ให้การยืนยันด้วยภาพของการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของความแข็งแรงอันเป็นผลมาจากการปรับปรุงทางสัณฐานวิทยาเหล่านี้ สำหรับการเชื่อมด้านเดียว- จะได้ความแข็งแรงสูงสุด 53.9 MPa ที่ความเร็วการเชื่อม 0.05 มม./วินาที ในทางกลับกัน เมื่อใช้เทคนิคการเชื่อมสองด้าน- ความต้านทานการดัดงอสูงสุด 56.2 MPa ทำได้ที่ความเร็ว 0.10 มม./วินาที- ซึ่งแสดงถึงการปรับปรุง 102.2% เมื่อเทียบกับการเชื่อมโดยตรง สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยสรุปถึงข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของการเชื่อมแบบสั่นสองด้าน-ในการขจัดข้อบกพร่องภายในและเพิ่มประสิทธิภาพทางกลโดยรวมของข้อต่อเซรามิก
