01
Bildiri Girişi
Yttria-stabilize zirkonya (YSZ) seramikleri, yüksek erime noktaları, olağanüstü sertlikleri ve mükemmel korozyon dirençleri nedeniyle-termal bariyer kaplamalar ve biyotıp-gibi mühendislik alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel seramik birleştirme teknikleri (örneğin sert lehimleme ve difüzyonla birleştirme) tipik olarak tüm düzeneğin yüksek sıcaklıktaki bir fırında uzun süreli ısıl işleme tabi tutulmasını gerektirir; bu işlem, dahili olarak kapsüllenmiş elektronik bileşenlerin işlevselliğini tehlikeye atabilir ve işlenen numunelerin boyutu, fırın odasının boyutları tarafından ciddi şekilde kısıtlanır. Sonuç olarak, düşük termal girdi ile karakterize edilen hızlı, lokalize birleştirme tekniklerinin geliştirilmesine acil bir ihtiyaç vardır. Ultra hızlı lazer kaynak, son derece düşük termal girdinin belirgin avantajını sunarken, YSZ seramiklerinin doğrudan kaynaklanması, ciddi malzeme aşınmasına neden olan yüksek düzeyde konsantre enerji birikmesine neden olur. Bu aşındırma keskin, üçgen çentikler şeklinde kendini gösterir ve bu çentikler önemli gerilim konsantrasyonlarına neden olur ve sonuçta ana malzemeninkinden önemli ölçüde daha düşük bir bağlantı mukavemetine yol açar.
02
**Tam Metne Genel Bakış**
Şiddetli ablasyon ve stres konsantrasyonu gibi kritik sorunları ele almak için bu çalışma, salınımlı bir ultra hızlı lazer kullanan YSZ seramiklerinin füzyon kaynağı için yeni bir yöntem önermektedir. Ultra hızlı lazerin belirli bir yörünge boyunca salınmasını kontrol eden bu teknik, lazer ile alt tabaka arasındaki etkileşim alanını genişletir, böylece lazer enerjisi yoğunluğunu arayüzde dağıtır. Sonuçlar, doğrudan kaynakla karşılaştırıldığında, salınımlı kaynağın keskin aşındırma çentiklerini pürüzsüz, parmak-benzeri çentiklere dönüştürdüğünü ve füzyon bölgesi içinde kavisli sütun şeklinde tane yapısının oluşumunu teşvik ettiğini, dolayısıyla bağlantı yerinin mekanik özelliklerini önemli ölçüde arttırdığını göstermektedir. Ayrıca, tek-taraflı kaynakla ilişkili yetersiz nüfuz etme derinliği sorununun üstesinden gelmek için bu çalışma, çift-taraflı bir salınımlı kaynak tekniğini başarıyla uyguladı; bu yaklaşım, eksik nüfuz etme kusurları olmadan tam-kalınlıkta kaynak yapılmasını sağladı ve bu da bağlantının dört-noktalı bükülme mukavemetinde önemli bir iyileşmeye yol açtı.
03
**Resimli Analiz**
Şekil 1, salınımlı ultra hızlı lazer kaynağının proses prensiplerini ve bunun, ortaya çıkan eklemlerin makro- ve mikro-morfolojisi üzerindeki faydalı etkilerini göstermektedir. Kaynak işlemi sırasında numune, bilgisayar-kontrollü üç-eksenli (XYZ) hareket platformu üzerine konumlandırılır; Lazer ışını Y-ekseni boyunca doğrusal olarak geçerken, aynı anda üçgen bir dalga biçimini takip ederek X-ekseni boyunca yanal bir salınım geçirir (Şekiller. 1a ve 1b). Enerjinin salınım yoluyla yeniden dağıtılması, tipik olarak doğrudan (salınımlı olmayan) kaynak (Şekil. 1-c1) sırasında-oluşturulan keskin, üçgen ablasyon çentiklerini-daha pürüzsüz, parmak-gibi çentiklere (Şekil{17}}c) dönüştürür, böylece bu bölgelerdeki gerilim konsantrasyonunu etkili bir şekilde azaltır. Mikro yapı açısından, salınımlı lazerin erimiş havuz üzerindeki karıştırma hareketi, eklem içinde, lazerin salınım yörüngesine paralel yönlendirilmiş kavisli sütunlu tane yapılarının oluşumuna neden olur (Şekil{19}}e). Füzyon bölgesinin (Bölge II) kırılma morfolojisi (Şekil{21}}d), ayrıca, mekanik yükleme altında bu dalgalı, uzun sütunsu tanelerin, tane sınırları ve yarılma düzlemleri boyunca kırılma eğiliminde olduğunu ortaya koymaktadır. Çatlaklar bu kavisli tanecik sınırları boyunca yayıldıkça, sürekli olarak yönlerini değiştirmeye zorlanırlar; bu, hem çatlak yayılımının yüzey alanını hem de kırılma için gereken enerjiyi önemli ölçüde artırır, böylece bağlantının mekanik özelliklerini büyük ölçüde artırır.
Şekil 2, tek-taraflı ve çift-taraflı salınımlı ultra hızlı lazer kaynak yoluyla üretilen bağlantılar arasındaki mikroyapısal farklılıkların yanı sıra bu farklılıkların dört-nokta bükülme mukavemeti üzerindeki etkisini kapsamlı bir şekilde göstermektedir. Şekil 2a, 900 mW lazer gücünde ve 0,1 mm/s kaynak hızında tek-taraflı salınım tekniği kullanılarak kaynak yapılmış bir bağlantının kesitini ve kırılma morfolojisini göstermektedir. Tek taraflı salınım tekniği lazer enerjisini dağıttığı için erime derinliği önemli ölçüde azalır; sonuç olarak, tam-kalınlıkta kaynak sağlanamaz ve bağlantı içinde farklı bağlanmamış bölgeler kalır. Uygulanan yük altında, bu nüfuz edilmemiş bölgeler ciddi stres konsantrasyonlarını tetikler ve böylece bağlantının mekanik özelliklerinde daha fazla iyileşmeyi sınırlandırır. Bu darboğazın üstesinden gelmek için özel olarak tanıtılan çift-taraflı salınım kaynak stratejisinin-son derece etkili olduğu kanıtlanmıştır. Şekil 2b'de gösterildiği gibi, aynı işleme parametreleri altında, çift-taraflı kaynak tekniği, bağlantının tam füzyonunu başarıyla gerçekleştirerek, bağlanmamış bölgelerin neden olduğu gerilim konsantrasyonlarını etkili bir şekilde ortadan kaldırdı ve bağlantının etkili bağlanma alanını önemli ölçüde arttırdı. Şekil 2c'de sunulan mekanik özellik karşılaştırması, bu morfolojik iyileştirmelerden kaynaklanan mukavemetteki önemli artışın görsel olarak doğrulanmasını sağlar. Tek taraflı kaynak için, 53,9 MPa'lık maksimum dayanıma 0,05 mm/s kaynak hızında ulaşıldı; tersine, çift{27}}taraflı kaynak tekniği kullanıldığında, 0,10 mm/sn hızında maksimum 56,2 MPa bükülme mukavemetine ulaşıldı-; bu, doğrudan kaynağa kıyasla %102,2'lik bir iyileşmeyi temsil eder. Bu, çift taraflı salınımlı kaynağın iç kusurları ortadan kaldırma ve seramik bağlantıların genel mekanik performansını artırma konusundaki belirleyici avantajlarını kesin olarak ortaya koyuyor.
