立体光固化成型技术是一种生产高精度、高性能陶瓷部件的新兴增材制造工艺。制备具有良好流动性和高固相含量的陶瓷浆料是立体光固化增材制造工艺的优势。本文讨论了固相含量、单体、分散剂、粉体级配等因素对浆料流变性能的影响规律, 总结了目前配制高固相含量和低黏度光固化Al2O3陶瓷浆料的材料选择原则, 归纳了制备高固相含量、低黏度Al2O3陶瓷浆料的指导方法, 指出了高性能光固化Al2O3陶瓷浆料开发的主要趋势和面临的挑战。

针对目前陶瓷材料功能性结构的高质量成型需求，探究了纳秒短脉冲紫外激光在Al₂O₃陶瓷基板上微铣削盲孔的激光加工工艺。分别采用不同焦距的场镜来进行铣削实验，研究了激光能量密度、振镜扫描速度、重复扫描次数等工艺参数对盲孔成型的锥度和底部粗糙度的影响规律。实验结果表明，在上述加工参数中，场镜的焦距对盲孔锥角的影响最为显著，其他参数则起到优化加工质量的效果。因此合理地选择场镜焦距，能够有效地改善盲孔的锥角。在场镜焦距f =160 mm，激光脉冲能量密度为25.80 J/cm²，扫描速度1000 mm/s，重复扫描次数为400次的条件下，能够获得较好的加工质量，盲孔深度为0.83 mm、锥角为5.4°，其底部粗糙度为2.48 μm。

针对乏燃料后处理首端解体的需求, 研究了采用光纤激光器对Al2O3陶瓷/不锈钢组件进行激光切割的工艺、重铸层表面微观形貌及晶体结构。采用多组单因素实验, 对比研究了激光功率、离焦量、切割速度对切割质量的影响规律, 在本研究中最佳工艺参数为激光功率2.4 kW、切割速度0.8 m/min、离焦量-9 mm、氮气辅助气压10 Bar。通过SEM观察了切割后陶瓷体重铸层表面及横截面微观形貌, 发现了重铸层内结构缺陷及其与基材之间微观组织形态与尺寸的差异, 并分析了重铸层微观组织的形成机理。本研究有助于激光解体技术在乏燃料后处理上应用的推广。

采用激光选区熔化技术进行了Al2O3粉末和浆料的基础实验研究。实验结果表明，Al2O3粉末成形效果较差，而Al2O3浆料成形效果较好；激光功率对Al2O3浆料试样表面的质量具有重要影响，表面质量随激光功率的增加而不断提高。当激光功率为200 W，扫描速度为90 mm/s时，Al2O3试样维氏硬度均值约为14.7 GPa。

基于ANSYS有限元分析软件建立了温度场的三维有限元模型，分析了激光铣削加工参数，如激光功率，扫描速度，光斑直径和重叠率对温度场和陶瓷表面质量的影响规律。分析结果表明，激光功率和扫描速度对材料的去除率具有重要的影响，铣削深度随着激光功率的增加而增加，随着扫描速度的增加而降低。但是，激光扫描速度和重叠率对铣削质量的影响更大，降低扫描速度及加大重叠率可以提高铣削层的质量。利用NdYAG脉冲激光器对Al2O3陶瓷样品进行了激光铣削实验，并将实验获得的深度和宽度值与模拟后获得的数值进行了对比。结果表明,数值模拟获得的宽度值和深度值与实验获得数值非常接近。数值模拟可以用来预测激光铣削深度和宽度，为陶瓷材料的激光铣削提供了一种有效的控制方法。

陶瓷材料的性能优越，但是表面质量差，采用短波长激光抛光技术可以有效提高陶瓷材料表面质量。针对紫外激光抛光Al2O3陶瓷过程中可能存在的熔化、汽化、微裂纹、材料的熔融飞溅和光化学作用等不同的作用形式进行了实验研究。通过对抛光后表面形貌特征进行观测，研究了紫外激光抛光Al2O3陶瓷的作用机理，并分析了高能量密度下产生的白色粉末的形貌、附着力、组成成分和主要物相，进一步确定了紫外激光抛光Al2O3陶瓷的作用机制。

紫外激光抛光Al2O3陶瓷可以有效地降低加工中的热影响区、防止微裂纹的产生。为了得到不同激光工艺参量(激光能量密度、扫描速率、扫描间隔)对Al2O3陶瓷抛光表面粗糙度的影响规律, 采用单因素实验方法进行了355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷的工艺实验, 获得了最优的工艺参量范围。结果表明, 当激光能量密度为6J/cm2、扫描间隔为2μm、扫描速率为60mm/s时, 抛光后分别获得了较小的表面粗糙度值。这一结果对获得的低粗糙度、高质量的Al2O3陶瓷抛光表面具有指导意义。

传统的激光器作为光源对Al2O3陶瓷进行划线时，线宽满足不了精密划线的加工要求。现采用光纤激光作为光源对Al2O3陶瓷进行了划线的实验研究，分析了不同工艺参数对划线效果的影响。在功率100W，占空比30％，速度2400mm/min，频率800Hz，气压0.15Mpa的参数下，获得了20um的划线宽度、0.22mm的划线深度的划线样品。结合实际加工要求，给出了最佳的工艺参数，并提出了后续尚待改进的问题。

基于有限元软件ABAQUS建立了激光弯曲陶瓷基片的三维分析模型，对激光弯曲成形Al2O3陶瓷片进行了数值模拟；分析了激光弯曲陶瓷片的成形机理，研究了激光扫描过程中温度场、应力应变场和位移场的变化情况；对不同厚度试样的模拟结果进行对比，研究试样厚度对激光弯曲成形过程中的各场变量的变化，随着试样厚度的增加下表面温度可能达不到陶瓷材料的塑性转变点，残余拉应力水平明显增加。根据温度场和应力应变场的分析，得出最佳试样厚度范围为0.18～0.31 mm。

脆性材料的激光弯曲成形是激光快速成形技术的重要应用。本文通过改变激光功率、扫描速度等工艺参数，利用CO2连续激光对氧化铝陶瓷薄片进行了弯曲试验。同时，引入线能量密度来寻求适合弯曲的最佳工艺参数，并结合氧化铝陶瓷的高温性能分析了其激光弯曲特点。试验结果表明：氧化铝陶瓷在温度梯度机制下要实现激光弯曲必须使样品表面达到一定温度以降低其脆性和屈服应力，避免裂纹的产生；采用CO2连续激光可以对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲，弯曲角度可达2°；氧化铝陶瓷的激光弯曲过程具有强烈的温度敏感性，当试样表面温度大于临界温度时，弯曲角度迅速增加；适合弯曲的最佳线能量密度为17～24 J/mm 。