激光作用的物理过程

Posted 2022-08-22 sonny-xby

一、毫秒级脉冲

1.被辐照区域喷口附近的形变和破坏效应

　　通过高速摄影观察光脉冲对金属的作用；或是研究辐照后的显微组织冷却后的熔融区和热影响区的分析

（1）在辐照金属时存在塑性形变，如NaCl 单晶中的位错分布，在光脉冲作用区呈现典型的高温形变

　　在金属中，高温形变下的典型效应乃是晶粒旋转或沿边沿滑动，但由于在光脉冲作用下形变速度很快，阻碍了这种形变的出现

（2）小热源对大块金属的不均匀加热导致破坏

  如果辐照是在喷口表层生成了一层冷凝了的熔融物的条件下进行的，则破坏根源乃是结晶时的热应力。

　　不均匀的物理特性成分组成的合金亦会导致材料出现裂纹

　　产生裂纹速度很快，在一定辐照条件下各种结构成分的不同机械特性对裂纹的形状并不产生影响

2.金属破坏的规律

　　光束作用时进行摄影并用示波器记录光脉冲

　　光束作用后        对喷口形状尺寸研究，并研究喷出的金属 

　　　　　　　　　无喷口则对表面起伏进行测量

（1）脉宽为1ms且能量恒定的聚焦激光束辐照元素

　　产生的火焰、其形状、结构和光谱成分对每一种材料是恒定的（火焰这部分形成是由于试样表面层在辐照脉冲作用初期发生汽化）

　　可区分出半球形气体云，拉长了的气体云及飞溅开来的凝聚物液滴

　　对于某元素可看到液滴在空气中的自燃和爆轰效应

　　大多数元素凝聚物的出射角远离光束入射角，喷出的物质大多为液态

　　在散焦条件下能量密度比在锐聚焦条件下小，迸射的液相物质过热的厉害。

（2）能量密度变化和材料成分变化

　　能量密度很小，焦点光斑上金属汽化，形成的气体云团沿金属表面散开，并以氧化物形式留在金属上，从而不产生喷口，且氧化层区域比焦点光斑面积大得多

　　能量加大，云团下区域熔化，同时以一定压力慢速地使溶液挤出喷口；此时喷口不深且边沿不抖，飞逸角度很大

　　能量最大时，压力和温度使飞溅出粒子速度很高，与空气摩擦发热直接氧化

（3）光束聚焦对材料的影响

　　精确聚焦时形成扩大气体或等离子体云团，从喷口飞逸出具一般动能的凝聚物粒子（粒子具有巨大能量是由于轨迹是直线）

　　　　散焦=5%，飞溅粒子大大减少，轨迹是组成宽大条纹，且表现出粒子沿大交角飞行的趋向

　　　　散焦=10%，飞溅粒子更少，轨迹呈现弧形，且全部粒子沿大交角飞逸

　　　　散焦＞15%，看不出粒子的飞溅，等离子体云团长度减少

　　　　散焦＞50%，几乎没有形成云团效应

　　喷口深度随散焦的变化

　　　　精确聚焦，喷口较深，有明显圆形口，口外是溅出区和氧化区

　　　　散焦等于10%，喷口直径变大，较大溅出区，以大块冷凝液滴形式出现

　　　　散焦＝20%，喷口直径减小

　　　　散焦＞25%，表面上仅产生烧焦区域。