先进激光加工技术 [Advanced Laser Materials Processing Technology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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巩水利 著，中航工业科技与信息化部 编

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• 激光加工
• 材料加工
• 先进制造
• 激光技术
• 材料科学
• 工业应用
• 精密制造
• 光电技术
• 表面处理
• 激光材料相互作用

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516511435

版次：1

商品编码：12128572

包装：精装

丛书名： 中航工业首席专家技术丛书

外文名称：Advanced Laser Materials Processing Technology

开本：16开

出版时间：2016-11-01

用纸：胶版纸

页数：305

字数：

内容简介

　　《先进激光加工技术》从激光加工设备、过程控制、材料加工、工艺技术等方面，论述了激光材料加工的相关应用技术。内容既包括激光材料加工中相对成熟的应用技术，如激光焊接、激光切割、激光打孔等，同时还涉及众多前沿应用技术领域，如半导体激光材料加工、短脉冲制孔技术等。全书包括12章，相关应用技术按专题展开。
　　《先进激光加工技术》可供工程技术人员、激光材料加工领域科研人员、材料学专业科研人员参考阅读，也可作为激光设备研发人员、光学科研人员、激光应用物理学等相关领域科技人员的参考书。

作者简介

　　巩水利，男，1985年毕业于沈阳工业大学焊接专业.2001年获得西安交通大学材料科学与工程专业工学博士学位。中国航空工业集团公司特种加工技术首席专家，北京航空制造工程研究所副总工程师，高能束流加工技术重点实验室常务副主任，享受国务院“政府特殊特贴”。中国航空研究院教授、博士生导师；华中科技大学教授、博士生导师；大连理工大学、北京工业大学和沈阳航空航天大学兼职教授。国际焊接学会航空专委会主任，中国焊接学会高能束流和特种焊接委员会主任，中国特种加工学会增材制造专委会副主任，中国光学学会激光加工委员会常委，《激光加工》杂志编委。
　　主要从事高能束流与特种能场制造技术研究，研究方向包括：高能束流与特种能场的特性.检测及调制、复合与优化；高能束流、特种能场与材料的相互作用机理：高能束流与特种能场制造的新原理.新工艺、新方法及其应用；高能束流与特种能场过程稳定性机制与质量控制原理和方法。
　　自工作以来，共获部委级科学技术进步奖14项，其中一等奖2项，二等奖1项.获得技术专利26项，在国内外刊物发表论文120余篇。

内页插图

目录

第1章 激光材料加工概述
1．1 激光产生的基本原理
1．1．1 基本概念
1．1．2 激光产生的基本条件
1．2 激光束的特性
1．3 激光材料加工
1．3．1 激光材料加工基本原理
1．3．2 激光材料加工基本特点
1．3．3 激光材料加工分类
1．3．4 激光加工技术在航空工业中的应用

第2章 激光与材料的相互作用
2．1 引言
2．2 材料表面对激光的吸收与加热
2．2．1 材料宏观光学常量与激光吸收之间的关系
2．2．2 激光在材料中的微观吸收机理
2．2．3 激光吸收率
2．2．4 激光热源模型及其在固体材料中产生温度场
2．3 激光作用材料的熔化和汽化
2．3．1 激光作用下材料的浅层熔化
2．3．2 激光作用下材料的深层熔化
2．3．3 激光作用下材料的小孔现象与液态质量迁移
2．3．4 激光作用下材料的汽化
2．3．5 激光作用下材料的后退速度与气态质量迁移
2．4 激光诱导等离子体及其力学效应
2．4．1 激光等离子体产生机制
2．4．2 等离子体对激光的吸收和激光等离子体屏蔽现象
2．4．3 激光支持的吸收波
2．4．4 激光与材料表面的冲量耦合
2．5 激光作用材料组织相变

第3章 材料加工类激光器设备
3．1 前言
3．1．1 激光器的组成
3．1．2 激光器的分类
3．2 常用激光器的原理与结构
3．2．1 He-Ne激光器
3．2．2 C02激光器
3．2．3 Nd：YAG固体激光器
3．2．4 光纤激光器
3．2．5 碟片激光器

第4章 激光材料加工系统组成
4．1 引言
4．2 激光器
4．3 光路整形与传输系统
4．3．1 光路整形系统
4．3．2 光束传输系统
4．4 运动轨迹控制与操作系统
4．5 典型激光材料加工系统与设备
4．5．1 大功率C02激光多功能加工设备
4．5．2 大功率YAG激光焊接平台
4．5．3 双光束激光焊接系统——基于机器人激光双光束填丝焊接系统
4．5．4 先进激光切割设备——大型数控五轴联动光纤激光切割机
4．5．5 激光制孔设备
4．5．6 激光增材制造设备
4．5．7 激光冲击强化设备

第5章 激光产品危害及材料加工安全防护
5．1 激光产品危险等级分类
5．1．1 第1类激光设备
5．1．2 第Ⅱ类激光设备
5．1．3 第Ⅲa类激光设备
5．1．4 第Ⅲb类激光设备
5．1．5 第Ⅳ类激光设备
5．2 激光危害
5．3 激光安全使用的防护标准和措施
……
第6章 激光焊接技术基础
第7章 典型钛合金激光焊接技术及其应用研究
第8章 铝合金激光焊接技术及其应用研究
第9章 激光表面处理技术
第10章 激光增材制造技术
第11章 激光切割技术
第12章 激光制孔技术
参考文献

前言/序言

　　激光加工技术是21世纪最重要的先进制造技术之一，具有非接触、能量精确可控、材料适应性广、柔性强、质量优、资源节约、环境友好等综合优势，既可用于大批量高效自动化生产，又适用于多品种、小批量加工，甚至个性化产品的定制，因此成为传统制造业改造升级不可或缺的重要技术。高能束流加工技术在工业中所占的比重已成为衡量一个国家工业制造水平高低的重要指标之一，是研制生产高、精、尖武器装备的关键技术，对保障国家安全和促进国民经济发展具有重要意义。经过多年的发展，激光加工技术已经发展为高能束流加工技术在焊接与去除、表面工程和增材制造（3D打印）三大制造技术领域重要的技术手段之一，形成了焊接、切割、制孔、快速成形、刻蚀、微纳加工、表面改性、喷涂及气相沉积等多种门类技术，在航空、航天、船舶、兵器、核能、交通、医疗等诸多领域发挥着重要的作用。
　　为了推动激光加工技术在相关领域的推广和应用，加速我国激光加工技术人才培养，作者在所在单位中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所（简称北京航空制造工程研究所）和高能束流加工技术重点实验室的大力支持和帮助下，总结作者所领导的团队多年来从事激光加工技术研究、应用的经验和部分成果，编写成本书。
　　本书重点从激光加工设备、过程控制、材料加工、工艺技术等方面，系统归纳激光材料加工的相关应用技术。内容既包括激光材料加工中相对成熟的应用技术，如激光焊接、激光切割、激光打孔，同时还涉及众多前沿应用技术领域，如半导体激光材料加工、短脉冲制孔技术等。该书不仅可以作为工程技术人员、激光材料加工领域科研人员、材料学专业科研人员参考应用，而且对于激光设备研发人员、光学科研人员、激光应用物理学相关领域的科技人员，也具有很高的参考价值。
　　本书的内容安排旨在解决激光材料加工领域的相关工程应用技术难点，为读者提供从基础理论、工艺过程、应用技术等多方面的支持，涉及的加工材料包括金属材料、陶瓷材料、半导体材料和其他材料。全书共包括12章，激光材料加工的相关应用技术按专题展开。
　　本书是一本激光材料加工技术的专业技术书籍，涉及的专项技术领域全面，包括激光加工共性技术、宏观激光加工技术等。内容设置不仅考虑各种激光加工技术的基础理论，而且重点分析基础理论、材料作用机理背后的工艺相关性和加工过程技术，突出该书的工程应用价值。本书部分激光材料加工专项涉及航空、航天等装备制造关键技术，如激光精密制孔、激光快速造型等，具有重要的参考价值。

聚焦前沿，洞悉未来：光电集成芯片的创新之路 光电集成芯片，作为信息技术与光电子学交叉融合的产物，正以前所未有的速度改变着我们认识和交互世界的方式。它将传统电子芯片的计算能力与光信号的传输速度和带宽优势巧妙结合，孕育着下一代通信、计算、传感以及人工智能技术的巨大飞跃。本书将带您深入探索这一颠覆性技术的宏伟图景，从基础理论到前沿应用，揭示其驱动创新和赋能未来的核心力量。 从 silicon 到 photonics：跨越维度的技术演进 在过去的几十年里，电子集成电路（IC）的微型化和性能提升一直是半导体产业的主旋律，支撑了信息时代的辉煌。然而，随着摩尔定律的瓶颈日益显现，以及通信带宽需求的爆炸式增长，传统的电信号传输逐渐暴露出其固有的局限性，如功耗、速度和电磁干扰等问题。光信号以其高速度、高带宽、低损耗和抗干扰性强的特性，成为突破电子技术瓶颈的理想选择。 光电集成芯片正是将光信号的生成、传输、调制、解调以及检测等功能，集成到单一芯片上，实现了“光进电退”的重大变革。这不仅仅是材料和工艺的简单叠加，更是一次深刻的范式转移。本书将首先回顾这一技术演进的必然性，剖析电子集成电路的局限，并阐述光信号在信息处理和传输方面的独特优势，为理解光电集成芯片的诞生奠定坚实的基础。 核心技术解析：驱动光电集成芯片的关键 要实现光电集成，需要突破一系列复杂而关键的技术挑战。本书将逐一深入剖析这些核心技术： 光电器件的微纳制造与集成： 从激光器、探测器、调制器到光波导，各种光电器件的性能直接决定了芯片的整体效率。我们将探讨高效、稳定、小型化的光电器件的制造技术，包括但不限于硅光子技术（Silicon Photonics）、III-V族半导体材料（如InP, GaAs）的集成、以及新兴的二维材料（如石墨烯）的应用。重点将放在如何将这些不同材料、不同功能的器件精确地、低损耗地集成到同一基底上，实现“片上系统”（SoC）的愿景。 光波导设计与工艺： 光波导是光信号在芯片上传输的“高速公路”。本书将详细介绍各种光波导的设计原理、材料选择（如二氧化硅、氮基氮化硅、聚合物等）以及先进的纳米加工技术，以实现低损耗、高密度、可弯曲和可调谐的光信号传输。我们将探讨如何优化波导的尺寸、折射率分布和几何形状，以最小化信号衰减和串扰，确保信息的高 fidelity 传输。 光电转换与调制技术： 如何高效地将电信号转换为光信号（调制），以及将光信号转换回电信号（解调），是光电集成芯片的关键环节。我们将深入研究各种调制原理（如电吸收调制、热光调制、压电调制等）和检测技术，并探讨如何实现高速、低功耗、高信噪比的光电转换。尤其会关注在极高数据速率下，如何克服材料非线性效应和器件带宽限制。 硅光子技术（Silicon Photonics）的崛起： 硅光子技术以其与现有CMOS工艺的兼容性而备受瞩目，为大规模、低成本生产光电集成芯片提供了可能。本书将详细阐述硅光子学的原理，包括硅基激光器、探测器、调制器等核心器件的最新进展，以及其在制造工艺上的优势和挑战。我们将分析硅光子技术如何赋能数据中心、高速通信和高性能计算。 异质集成与三维集成： 由于不同功能的光电器件对材料和工艺的需求各异，异质集成（Heterogeneous Integration）成为实现高性能光电集成芯片的必然选择。本书将探讨如何将不同材料（如III-V族半导体与硅）在芯片层面高效集成，以及三维集成（3D Integration）技术如何进一步提升芯片的集成密度和功能。我们将分析不同的键合技术、堆叠策略以及其对散热和信号完整性的影响。 应用场景展望：赋能未来的无限可能 光电集成芯片的广泛应用正在深刻地改变着各个行业： 下一代通信网络： 随着5G、6G乃至太赫兹通信的发展，数据传输速率呈指数级增长。光电集成芯片将成为构建超高速、高带宽数据中心、骨干网以及终端设备的关键组件，极大地提升信息传输效率。 高性能计算与人工智能： 在AI训练和推理过程中，数据在处理器之间的高速传输是核心瓶颈。光电集成芯片可以实现光互连，大幅提升算力，降低功耗，为更强大的AI模型和更复杂的计算任务提供硬件基础。 先进传感技术： 光电集成技术将微型化的光学传感器集成到芯片上，能够实现更高精度、更广范围的传感应用，例如高光谱成像、生物传感、环境监测等。 激光雷达（LiDAR）与自动驾驶： 小型化、低成本、高性能的LiDAR系统对于自动驾驶汽车至关重要。光电集成芯片可以实现LiDAR核心器件的集成，推动其大规模商业化应用。 量子计算与量子通信： 光子是实现量子信息处理的重要载体。光电集成技术为构建量子比特、实现量子门操作以及传输量子信息提供了关键的硬件平台。 挑战与未来趋势：持续创新的动力 尽管光电集成芯片展现出巨大的潜力，但仍面临诸多挑战，如成本控制、功耗优化、热管理、可靠性以及标准化的建立等。本书将对这些挑战进行深入分析，并展望未来的发展趋势，包括： 新材料与新工艺的探索： 如钙钛矿、二维材料在光电器件中的应用，以及更先进的纳米加工和封装技术。 AI辅助设计与优化： 利用人工智能技术加速光电器件的设计、仿真和工艺优化。 模块化与可重构性： 开发具备模块化和可重构特性的光电集成芯片，以应对不断变化的应用需求。 与电子技术的深度融合： 进一步探索光电混合的计算架构，实现“光计算”与“电计算”的协同。 本书旨在为研究人员、工程师、学生以及对光电集成技术感兴趣的读者提供一个全面、深入的知识体系。通过对基础原理的阐述、核心技术的剖析以及应用前景的展望，希望能激发读者对这一前沿领域的更多思考和探索，共同推动光电集成技术的进步，为构建更智能、更互联的未来贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我对《先进激光加工技术》这本书的期待，更多地是基于它所展现出的前瞻性和系统性。我希望通过阅读这本书，能够对激光加工的未来发展趋势有一个清晰的认识。书中似乎不仅涵盖了当前主流的激光加工技术，还对一些新兴的、正在快速发展的领域进行了介绍，例如微纳加工、超精密加工、以及与人工智能和大数据相结合的智能激光加工系统。我对此非常感兴趣，因为我认为未来的工业制造将越来越依赖于智能化和精细化的加工手段，而激光技术无疑是实现这一目标的关键。书中对激光器的发展历程、不同类型激光器的优缺点分析，以及它们在不同材料加工中的适用性，我认为是非常有价值的信息。此外，我注意到书中还探讨了激光加工的安全性、环境影响以及经济性等问题，这说明它是一本非常全面的技术书籍，不仅仅关注技术本身，还考虑到了实际应用中的各种因素。我期待这本书能够为我打开一扇新的大门，让我看到激光加工技术在未来的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对我这样渴望了解激光加工技术前沿动态的工程师来说，无疑是一件大事。我仔细看了目录，发现书中内容涵盖了从基础的激光物理到复杂的应用系统，可以说是一个非常完整的体系。我尤其关注书中对“先进”二字的解读，它所包含的不仅仅是技术的进步，更是一种思维方式的转变。例如，书中对激光加工过程的建模与仿真，以及利用机器学习和人工智能优化工艺参数的内容，都让我看到了未来工业自动化的方向。我希望能够从中学习到如何利用这些先进的工具，提高激光加工的智能化水平，实现更精准、更高效的生产。书中对激光加工在新能源、航空航天、医疗器械等高端制造领域的应用案例分析，也让我对这本书的实用价值有了更高的期待。我认为，这本书不仅能帮助我提升技术能力，更能启发我的创新思维，为我未来的职业发展提供宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我一种“大而全”的感觉，但又不是那种空泛的概括，而是充满了具体的细节和深入的分析。我看到书中对不同激光器类型（如CO2激光器、Nd:YAG激光器、光纤激光器、紫外激光器等）的特性、工作原理、以及在各种材料加工中的优势和局限性都有详细的介绍。这对于我这样需要对不同激光源有清晰认知的人来说，是非常有帮助的。它不仅仅是简单地列出设备名称，而是深入剖析了每种激光器的光束质量、功率稳定性、脉冲特性等参数如何影响最终的加工效果。我尤其对书中关于激光加工过程中的热影响区（HAZ）、残余应力、以及表面粗糙度等关键指标的分析感到好奇，理解这些因素对于提高加工质量、避免缺陷至关重要。我预测这本书将成为我深入研究某一具体激光加工应用（例如激光焊接或激光切割）的理论基石，为我提供坚实的理论支持和指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是，它是一本能够引导读者从“知其然”到“知其所以然”的专业书籍。我看到书中对激光加工的热物理过程进行了非常详细的解释，包括热传导、对流、辐射等，以及这些过程如何影响材料的熔化、汽化和凝固。对于我这样的技术爱好者来说，能够深入理解这些基本的热力学和传热学原理，对于掌握任何一种激光加工技术都至关重要。书中对不同激光器类型（如固体激光器、半导体激光器、气体激光器）在加工性能上的差异性分析，以及它们在不同材料上的应用特点，我认为是非常具有参考价值的。我尤其期待书中关于激光表面处理技术（如激光清洗、激光抛光、激光刻蚀）的详细介绍，这些技术在提高产品表面质量和功能方面扮演着越来越重要的角色。我相信，通过阅读这本书，我能够建立起一个更加牢固和全面的激光加工技术知识体系。

评分☆☆☆☆☆

我最近对《先进激光加工技术》这本书感到非常好奇。虽然我还没有开始细读，但从其内容预览中，我能感受到它所包含的知识的全面性和深度。我尤其对书中关于激光加工过程中质量控制和监测的章节很感兴趣。我知道，要实现高品质的激光加工，过程监测和反馈控制是不可或缺的。这本书似乎详细介绍了各种在线监测技术，例如光电探测、声发射、红外热成像以及光谱分析等，以及如何利用这些信息来实时调整激光参数，以保证加工质量的稳定性和一致性。我期待从中学习到如何建立一个有效的质量管理体系，来确保每一次激光加工都能达到预期的效果。书中对不同材料在不同加工条件下的缺陷分析，以及如何避免和修复这些缺陷的建议，也让我认为这本书具有很高的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的标题来看，它无疑是瞄准了当前激光加工技术的最前沿领域。我迫不及待地想深入了解书中关于超快激光（飞秒、皮秒）加工的内容。我知道，超快激光以其独特的优势，在微纳加工、精密加工等领域展现出巨大的潜力，但其背后的物理机制和工艺控制都相对复杂。这本书似乎系统地阐述了超快激光加工的原理，包括其与物质相互作用的非线性效应、等离子体形成机制、以及如何实现亚微米甚至纳米级别的加工精度。我特别关注书中关于超快激光在材料去除、表面纹理化、以及新型材料制备等方面的应用。此外，书中对激光诱导前向转移（LIFT）等增材制造技术的介绍，也让我对激光在3D打印领域的应用有了更深的认识。我认为，这本书将为我理解和掌握这些颠覆性技术提供宝贵的知识储备。

评分☆☆☆☆☆

我最近刚接触到《先进激光加工技术》这本书，虽然我还没有深入阅读，但仅仅是翻阅其目录和一些章节的开篇，就足以让我对这本书的深度和广度感到震撼。它似乎不仅仅是罗列一些现有的激光加工方法，而是深入探讨了这些技术背后的物理原理，例如光与物质的相互作用、激光束的产生与控制、热扩散模型等等。我特别注意到书中对不同波长、脉冲宽度和功率密度的激光在不同材料上产生独特效应的分析，这让我意识到，想要真正掌握激光加工，绝不能止步于“知道有什么设备”，更需要理解“为什么会这样”。书中对不同材料（金属、陶瓷、聚合物、复合材料等）在激光作用下的形变、熔化、汽化、烧蚀等过程的详细阐述，预示着这将是一本能够帮助我建立扎实理论基础的宝藏。而且，它似乎还涵盖了诸如激光焊接、切割、刻蚀、表面改性、增材制造（3D打印）等多个热门应用领域，这对于我这种希望全面了解激光技术在工业界实际应用的读者来说，无疑是一次绝佳的学习机会。我期待能够从中学习到如何根据不同的加工需求，选择最合适的激光器类型和工艺参数，从而优化加工质量、提高效率，甚至开发出全新的加工解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我初步翻阅《先进激光加工技术》这本书，给我最大的感受就是它的“深度”。它没有停留在对各种激光加工方法的简单介绍，而是深入挖掘了其背后的科学原理。例如，关于激光与材料相互作用的章节，我看到其中详细讨论了不同光吸收机制、等离子体动力学、以及激光诱导的材料相变。这对于我理解为什么某些激光参数在某些材料上会产生特定的效果至关重要。书中对不同材料（金属、陶瓷、聚合物、半导体等）在激光作用下的微观机制分析，我相信能够帮助我建立起一种“由微观到宏观”的理解，从而更好地预测和控制加工结果。我对书中关于表面改性（如激光淬火、激光熔覆、激光冲击强化）的介绍尤其感兴趣，这些技术能够显著提升材料的性能，对于提升产品附加值具有重要意义。我期待这本书能够为我提供一种系统性的学习框架，让我能够从基础原理出发，逐步掌握各种先进的激光加工技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的第一印象是，它绝不是一本简单的操作手册。从其结构和引用的参考文献来看，它显然是基于深厚的学术研究和大量的实验验证。我注意到书中花了相当大的篇幅去介绍激光加工的微观机理，比如光吸收率、等离子体形成、热应力以及相变动力学等。对于我这样对科学原理有着强烈好奇心的读者来说，这种深入的探讨是无比吸引人的。它不只是告诉你“怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这么做”。例如，书中关于飞秒激光加工的章节，我只是粗略浏览，就发现它涉及到超快动力学、非线性光学效应等前沿概念，这表明这本书的视野非常开阔，触及了激光加工技术的最新发展前沿。我尤其对书中关于激光诱导击穿光谱（LIBS）和拉曼光谱等诊断技术的介绍感到好奇，这些技术对于过程监测和材料分析至关重要，了解它们无疑能够帮助我更好地理解和控制激光加工过程。我认为，这本书的价值在于它能够帮助读者建立起一种“理解性”的学习，而不是“记忆性”的学习，从而为未来解决更复杂的技术难题打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我对《先进激光加工技术》这本书的关注，很大程度上源于它所承诺的“先进性”。我希望这本书能为我揭示激光加工技术在未来工业发展中的关键作用。我注意到书中对激光与人工智能（AI）和大数据相结合的智能化加工系统进行了深入的探讨。这让我看到了将传统的激光加工技术与现代的计算科学相结合，能够实现更高效、更智能化的生产制造。我期待从中学习到如何利用AI算法来优化激光加工参数、预测加工结果、甚至设计新的加工工艺。书中对激光在增材制造（3D打印）领域应用的最新进展介绍，也让我对这本书的前瞻性有了更深的认识。我预测，这本书将为我提供一个了解未来工业技术发展方向的窗口，帮助我把握行业趋势，提升个人竞争力。

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