A区核心实验室。
恒温二十二度,湿度百分之四十五,百级无尘环境。
场地中没有摆放沉重的天工铣床。
一台带有防辐射玻璃罩的设备放置在防震光学平台上,设备外壳印着启航半导体制造中心的编号标识。
韩栋站在设备前。
旁边是刚被调来的启航芯片工程师刘海波。
顾均生刷卡进入实验室,张国忠等几名专家紧随其后。
他们看到工作台上的设备,停下脚步。
“韩院长,这是什么机床?”顾均生没有认出这台没有主轴和机械刀库的机器。
“喷注器面板呢?”
韩栋转身指着光学平台上的真空吸盘。
吸盘上固定着一块直径四十厘米、厚度两厘米的金属圆盘,圆盘表面显现出GH4169镍基高温合金特有的银灰色。
“这就是一号极限件的锻造毛坯。”韩栋说道。
“喷注器面板。”
顾均生走上前。
这块实心圆盘,是发动机燃烧室的心脏隔板,液氧和煤油必须通过这块面板上的孔洞喷射进燃烧室。
“原设计要求,这块四十厘米的圆盘上,需要打出五千六百个直径零点三毫米的燃料喷孔。”顾均生讲解设计参数。
“并且不是垂直打孔,每一个孔都有特定的倾斜角度,必须保证液氧和煤油喷出后,在距离面板两厘米的地方精准对撞,形成完全混合的雾化场。”
他看向韩栋。
“用电火花打孔机,打完这五千六百个孔需要三天,你们说电火花加工孔壁粗糙度不达标,现在用什么打?”
“不用机械刀具,不用电火花。”韩栋指着设备。
“用光。”
刘海波打开设备的控制面板。
“启航半导体实验室改装的工业级飞秒激光器。”刘海波介绍设备。
“原本用来刻蚀芯片底层引脚过孔,启航将功率放大,聚焦透镜换成了非球面石英镜片。”
“飞秒激光?”张国忠对这种跨界设备感到陌生。
“激光打孔会产生高温融化,孔壁边缘全是被烧焦的金属熔渣,粗糙度不如电火花。”
“传统连续激光或者是纳秒激光,靠热量把金属烧穿。”韩栋解释两者区别。
“飞秒激光是冷加工,脉冲持续时间只有千万亿分之一秒。
热量来不及向孔壁四周传递,激光已经把金属原子的化学键打断,让材料直接升华成等离子气体排出。
不会有热熔渣,孔壁是绝对平滑的。”
顾均生相当惊讶。
跨越行业的设备应用,降维解决旧行业的死结。
“盘古系统准备就绪。”控制台传出陆佳杰的声音。
“五千六百个喷孔的极坐标定位完毕,倾斜角参数已录入光路偏转振镜系统。”
“开机试打。”韩栋下达指令。
刘海波按下启动键。
防护罩内的真空吸盘微调角度,光学平台上的偏转振镜发出高频嗡鸣。
肉眼看不见飞秒激光的光束,众人只能看到那块镍基合金表面上,不时出现微弱的蓝紫色等离子火花。
没有切削噪音,没有火光四溅。
激光器以每秒二十个孔的速度,在合金板上进行点阵式气化。
五分钟后,机器停止运行。
刘海波取出合金板,转移到电子显微镜操作台上。
“先打了一百个测试孔。”刘海波将镜头对准其中一个零点三毫米的微孔。
显微镜屏幕上,显示出放大两千倍的微观截面图像。
顾均生立刻凑到屏幕前。
孔洞边缘确实没有传统加工留下的毛刺和黑色的烧焦熔渣,孔道的圆柱度相当优秀。
顾均生推了推眼镜,准备对新工艺表示认可。
突然,盘古系统的警报灯亮起,屏幕右侧弹出一行红色字体。
【警告:检测到再铸层附着,雾化角偏移量将超出设计冗余边界百分之三百】
实验室内瞬间安静。
顾均生看向屏幕上的图像参数。
“再铸层?”顾均生盯着显微镜测距标尺。
韩栋走到控制台前,放大孔壁的高倍图像。
在放大五千倍的视野下,原本平整的孔壁边缘,覆盖着一层颜色略深、厚度极薄的物质。
“厚度两点三微米。”韩栋读出数据。
“这是GH4169材质带来的新问题。”刘海波快速翻阅材料特性表。
“这块高温合金里含有大量铬元素和镍元素,飞秒激光确实把中间的材料升华了。
但在最边缘接触的瞬间,铬和镍发生了极短时间的热相变。
气化后的等离子体在极高压下,有极少一部分被反向压回到孔壁上,瞬间冷却,形成了一层非晶态的硬壳,这是再铸层。”
顾均生脸色沉了下来。
“新工艺有新工艺的病。”顾均生指着那个两点三微米的硬壳。
“电火花打孔留下的熔渣可以用化学溶液洗掉,但这种两微米的非晶态硬壳,比合金母材还要硬,洗不掉也磨不掉。”
张国忠立刻进行快速演算。
“零点三毫米的孔径,也就是三百微米。”张国忠笔尖在纸上飞快划过。
“单边附着两微米,孔径缩小了四微米,关键这层再铸层它的厚度不均匀,燃气流高速冲出孔口时,会产生微激波偏折。”
“盘古算的没错。”张国忠放下笔。
“这四微米的不均匀凸起,会让燃气的喷射角偏离至少零点五度。
液氧和煤油在外部根本无法实现精准对撞,燃烧室内的热场会瞬间失去平衡,局部高温会直接烧穿发动机内壁!”
顾均生看向韩栋。
航天工程的残酷就在于此。
追求一个环节的极致,往往会触发物理常识盲区里的连锁反应。
解决了一个误差,大自然就会用另一个形式把误差还给你。
“这块面板恐怕不能用了。”顾均生给出判定。
“飞秒激光无法实现绝对的冷加工,在镍基合金面前,它的等离子体反冲问题是物理死穴。
改回电火花打孔,上高频研磨机抛光,慢是慢点,但至少数据可控。”
他转身准备离开操作台。
“面板没报废,加工也没有结束。”韩栋适时说道。
顾均生停下脚步。
“这是非晶态硬壳,不刮掉这层壳,喷孔就不合格,但在零点三毫米的孔里,没有这么小的刀具去刮。”
“谁说我要去刮它?”韩栋看向屏幕上的再铸层图像。
“既然是在光子打断化学键的瞬间产生的附加物,那就通过改变光子的排列方式,在它形成之前抹除掉。”
顾均生一脸茫然和震惊。
“改变光子的排列方式?”张国忠发问。
“激光就是激光,你能调功率,能调脉冲频率,你怎么改变光子的物理排列?”