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1 绪论1

1.1 激光产生的基本原理及其发展历程1

1.1.1 激光产生的基本原理1

1.1.2 激光的发展历史2

1.2 激光的特性3

1.2.1 激光的高亮度3

1.2.2 激光的高方向性3

1.2.3 激光的高单色性3

1.2.4 激光的高相干性4

1.3 激光材料加工的特点4

1.4 激光材料加工的发展及应用现状4

1.4.1 国外激光材料加工的发展及应用4

1.4.2 我国激光材料加工的发展及应用5

1.5 激光材料加工的发展趋势6

2 激光材料加工的技术基础7

2.1 激光加工用激光器7

2.1.1 高功率CO2激光器系统7

2.1.2 固体激光器系统8

2.1.3 准分子激光器系统9

2.1.4 光纤激光器10

2.1.5 激光材料加工用其他激光器11

2.1.6 正确选用材料加工用激光器11

2.2 激光材料加工成套设备系统12

2.2.1 激光加工机床12

2.2.2 激光加工成套设备系统及国内外主要厂家12

2.3 激光材料加工用光学系统13

2.3.1 激光器窗口13

2.3.2 导光聚焦系统及光学元部件（激光加工外围设备）14

2.4 激光束参量测量14

2.4.1 激光束功率、能量参数测量14

2.4.2 激光束模式测量14

2.4.3 激光束束宽、束散角及传播因子测量16

2.4.4 激光束偏振态测量17

2.4.5 激光束的光束质量及质量因子M2的概念18

3 激光与材料交互作用的理论基础19

3.1 材料对激光吸收的一般规律19

3.1.1 吸收系数与穿透深度19

3.1.2 激光垂直入射时的反射率和吸收率20

3.1.3 吸收率与激光束的偏振和入射角的依赖关系20

3.2 激光束与金属材料的交互作用21

3.2.1 交互作用的物理过程21

3.2.2 固态交互过程23

3.2.3 液态交互作用24

3.2.4 气态的交互作用24

3.2.5 激光诱导等离子体现象24

3.3 激光束作用下的传热与传质25

3.3.1 传热过程25

3.3.2 传质过程32

3.4 高能束加热的固态相变33

3.4.1 固态相变硬化特征33

3.4.2 固态相变组织37

3.5 高能束加热的熔体及凝固40

3.5.1 熔体特性40

3.5.2 凝固特征42

3.5.3 凝固组织45

3.5.4 重熔凝固组织45

3.5.5 自由表面组织46

4 激光制备耐热耐蚀复合材料涂层及其应用47

4.1 激光技术制备耐热与耐腐蚀复合材料的理论基础47

4.1.1 激光技术制备耐热与耐腐蚀复合材料的联系与区别47

4.1.2 增强体在激光表面热处理过程中的变化47

4.1.3 激光技术制备合金化涂层成分均匀化原理48

4.1.4 激光熔覆与激光合金化的应力状态、裂纹与变形49

4.1.5 激光熔覆与激光合金化的气孔及其控制50

4.2 激光制备耐腐蚀复合材料51

4.2.1 材料腐蚀给国民经济造成了极大的损失51

4.2.2 激光制备耐腐蚀复合材料方法分类52

4.2.3 激光技术制备耐腐蚀涂层粉末体系与应用52

4.3 激光制备耐热复合材料54

4.3.1 激光制备耐热复合材料分类54

4.3.2 激光制备耐热复合材料体系与应用54

5 激光制备金属基复合材料耐磨涂层及其应用57

5.1 激光熔覆制备金属基梯度复合材料耐磨涂层57

5.1.1 梯度涂层成分设计57

5.1.2 梯度涂层的激光熔覆制备过程58

5.1.3 梯度涂层的组织与性能58

5.1.4 梯度复合材料涂层的应用61

5.2 球墨铸铁激光熔凝淬火形成的网络状复合材料64

5.2.1 球墨铸铁激光熔凝淬火组织64

5.2.2 球墨铸铁激光熔凝淬火性能65

5.3 球墨铸铁激光熔凝淬火的应用68

6 激光制备梯度生物医学陶瓷材料涂层及其应用69

6.1 激光熔覆制备梯度生物活性陶瓷复合涂层70

6.1.1 梯度生物活性陶瓷涂层成分设计70

6.1.2 梯度生物活性陶瓷涂层的制备过程72

6.1.3 梯度生物活性陶瓷涂层的组织结构74

6.1.4 梯度生物活性陶瓷涂层的力学性能80

6.2 梯度生物活性陶瓷涂层的生物活性97

6.2.1 生物陶瓷涂层的模拟体液试验97

6.2.2 梯度生物陶瓷涂层的动物实验105

6.2.3 梯度生物陶瓷涂层的细胞学实验116

6.2.4 梯度生物陶瓷涂层与蛋白质的相互作用120

6.3 梯度生物陶瓷涂层的应用122

7 激光熔覆制备形状记忆合金涂层123

7.1 激光熔覆Fe-Mn-Si记忆合金涂层的制备工艺124

7.1.1 记忆合金涂层的试验流程124

7.1.2 记忆合金涂层的粉末配制125

7.2 记忆合金涂层的工艺优化126

7.2.1 记忆合金涂层的预置粉末厚度127

7.2.2 记忆合金涂层的多道搭接率127

7.2.3 记忆合金涂层的比能量128

7.3 记忆合金涂层的成分设计130

7.3.1 激光熔覆过程中各元素的变化规律130

7.3.2 比能量对记忆合金涂层化学成分的影响131

7.3.3 记忆合金涂层粉末配方优化131

7.4 记忆合金涂层的组织结构分析132

7.4.1 记忆合金涂层的宏观形貌分析132

7.4.2 记忆合金涂层的显微组织分析134

7.4.3 记忆合金涂层的相组成分析135

7.5 记忆合金涂层的力学性能分析136

7.5.1 记忆合金涂层的形状恢复率136

7.5.2 记忆合金涂层的耐磨性分析137

7.5.3 记忆合金涂层的耐蚀性分析139

7.5.4 记忆合金涂层的接触疲劳性能分析140

7.6 记忆合金涂层的残余应力分析141

7.6.1 记忆合金涂层残余应力的定性分析141

7.6.2 记忆合金涂层残余应力的定量分析142

8 激光制备纳米材料及其应用147

8.1 激光技术制备纳米材料的优点147

8.2 激光技术制备纳米材料的方法148

8.2.1 激光消融技术148

8.2.2 激光干涉结晶法148

8.2.3 激光诱导化学气相沉积法（LICVD）148

8.2.4 激光加热蒸发法149

8.2.5 激光分子束外延技术（LMBE）149

8.2.6 激光诱导液相沉积法149

8.2.7 激光气相合成法149

8.2.8 利用飞秒激光制备高纯金属纳米颗粒150

8.2.9 激光聚集原子沉积法150

8.2.10 激光脉冲沉积法（PLD）150

8.3 激光制备纳米材料的机理150

8.3.1 激光诱导等离子体的原理与机制150

8.3.2 激光制备纳米粒子生成原理与成核生长机理151

8.4 激光技术在纳米材料制备中的应用实例151

8.4.1 激光烧蚀法制备零维、一维、二维纳米材料151

8.4.2 激光干涉结晶技术制备二维有序分布纳米硅阵列155

8.4.3 激光诱导化学气相沉积法制备纳米氮化硅及粉体157

9 激光制备电子功能陶瓷及其应用160

9.1 电子功能陶瓷概述160

9.2 钛酸钡电子功能陶瓷研究现状及发展趋势162

9.2.1 钛酸钡的主要制备方法162

9.2.2 钛酸钡电子功能陶瓷的组织结构166

9.2.3 钛酸钡的性能169

9.2.4 钛酸钡的应用171

9.3 钛酸钡电子功能陶瓷目前存在的问题172

9.4 宽带CO2激光烧结钛酸钡电子功能陶瓷173

9.5 宽带激光制备钛酸钡电子功能陶瓷材料及方法174

9.5.1 试验材料174

9.5.2 试验方法175

9.6 激光烧结工艺参数对钛酸钡陶瓷组织性能的影响178

9.6.1 不同工艺参数下样品的宏观质量178

9.6.2 物相分析179

9.6.3 四方相含量分析181

9.6.4 BaTiO3陶瓷的组织结构分析182

9.7 掺杂对钛酸钡陶瓷的影响185

9.7.1 物相分析186

9.7.2 结构分析187

10 激光制备高熵合金涂层及其应用190

10.1 高熵合金理论基础190

10.2 高熵合金特性192

10.2.1 高熵效应192

10.2.2 晶格畸变效应193

10.2.3 迟滞扩散效应194

10.2.4 鸡尾酒效应195

10.3 高熵合金的制备方法195

10.3.1 真空电弧熔炼195

1O.3.2 磁控溅射法196

10.3.3 电化学沉积法197

10.3.4 其他方法197

10.4 高熵合金的性能及应用197

10.5 激光制备高熵合金工艺优化199

10.5.1 激光熔覆功率对高熵合金涂层组织的影响201

10.5.2 激光熔覆扫描速度对高熵合金涂层组织的影响201

10.6 激光制备高熵合金涂层组织结构分析204

10.6.1 XRD物相分析204

10.6.2 SEM分析205

10.6.3 金相组织分析209

10.6.4 激光熔覆高熵合金TixFeCoCrWSi涂层的硬度211

10.6.5 激光熔覆高熵合金TixFeCoCrWSi涂层磨损性能213

10.6.6 激光熔覆高熵合金TixFeCoCrWSi涂层电化学腐蚀性能215

参考文献218