电场对激光损伤铝靶材的影响研究
发布时间：2021-08-03 06:58
随着激光加工技术的日渐成熟和加工范围的广泛扩展,如何提高激光的加工效率成为主要关注点之一。在激光焊接、激光切割和激光打孔等以激光烧蚀为主要加工过程的领域中,激光与金属相互作用过程和物理机制,以及多场相互耦合的过程和机制等仍存在着许多问题需要探讨,如金属对激光的吸收率低导致激光加工效率低,激光加工过程中产生的各种工艺缺陷、辅助场对激光加工效率的影响等。针对这些问题,论文以铝靶材为研究对象,研究了辅助电场条件下,毫秒脉冲激光和纳秒脉冲激光的损伤特性,通过在靶材与电极间施加电压,分析了辅助电场对激光损伤形貌特征的影响。为辅助电场下激光加工金属材料效率的提高提供了一定的理论支持与实验依据。针对辅助电场下激光辐照铝靶材的作用机理,论文采用Comsol有限元计算软件,从激光与金属靶材相互作用过程出发,以金属铝靶材为研究对象,探讨了毫秒脉冲激光作用下辅助电场对烧蚀效果的影响。通过辅助电场下激光烧蚀过程和机理分析,获得不同脉宽激光在电场辅助下的损伤规律,为后续开展辅助电场下脉冲激光烧蚀铝靶材的实验研究提供了理论指导。针对辅助电场下毫秒脉冲激光对铝靶材的损伤特性研究,论文采用单脉冲激光1-on-1的烧蚀...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电场下超短脉冲激光损伤形貌图
第1章绪论4（a）（b）图1.2激光诱导等离子体空间分布图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.2所示，通过外加直流电场，铝原子的谱线强度有显著的增强，等离子体羽流明显增长，且相对强度峰值距靶材表面距离更远，其谱线的半高宽与外加直流电场的电压值呈线性关系[30]。2012年ChangYuanjen等人探究了使用叉指电极检测激光诱导等离子体的实验。通过设计一种新型的电极放置方法实现检测激光诱导等离子体的信号。结果表明，当检测空气击穿等离子体时，叉指电极检测到的信号强度比平板电极增加了126％，而在检测Al5052产生的等离子体信号时叉指电极检测到的信号相比平板电极增加了4倍。与此同时，实验结果同样显示，在使用叉指电极时烧蚀坑的直径与深度都有明显增加[31]。2013年HoChaoching等人探究使用外电场的方法辅助激光冲击钻孔高反射金属。使用1064nm纳秒脉冲激光作用铜靶材为研究，讨论在了不同配置的平板电极下纳秒脉冲激光冲击钻孔的实验现象。将电压施加在不同配置的电极上，获得不同的电场强度和方向。（a）（b）图1.3电场作用下短脉冲激光钻孔铜靶材切面图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.3所示，电场作用下纳秒脉冲激光钻孔深度相较于普通钻孔具有显著提高。其原因是由于等离子体羽流中的粒子受到电场力的作用加速逃逸，使烧蚀物更快的从烧蚀孔中排出[32]。2014年邓泽超等人对电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学进行了相关研究。在室温条件下设置10Pa氩气环境氛围中，在垂直于烧蚀等离子体羽辉的轴线方向加入电常结果实验发现，纳米硅晶粒平均尺
第1章绪论4（a）（b）图1.2激光诱导等离子体空间分布图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.2所示，通过外加直流电场，铝原子的谱线强度有显著的增强，等离子体羽流明显增长，且相对强度峰值距靶材表面距离更远，其谱线的半高宽与外加直流电场的电压值呈线性关系[30]。2012年ChangYuanjen等人探究了使用叉指电极检测激光诱导等离子体的实验。通过设计一种新型的电极放置方法实现检测激光诱导等离子体的信号。结果表明，当检测空气击穿等离子体时，叉指电极检测到的信号强度比平板电极增加了126％，而在检测Al5052产生的等离子体信号时叉指电极检测到的信号相比平板电极增加了4倍。与此同时，实验结果同样显示，在使用叉指电极时烧蚀坑的直径与深度都有明显增加[31]。2013年HoChaoching等人探究使用外电场的方法辅助激光冲击钻孔高反射金属。使用1064nm纳秒脉冲激光作用铜靶材为研究，讨论在了不同配置的平板电极下纳秒脉冲激光冲击钻孔的实验现象。将电压施加在不同配置的电极上，获得不同的电场强度和方向。（a）（b）图1.3电场作用下短脉冲激光钻孔铜靶材切面图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.3所示，电场作用下纳秒脉冲激光钻孔深度相较于普通钻孔具有显著提高。其原因是由于等离子体羽流中的粒子受到电场力的作用加速逃逸，使烧蚀物更快的从烧蚀孔中排出[32]。2014年邓泽超等人对电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学进行了相关研究。在室温条件下设置10Pa氩气环境氛围中，在垂直于烧蚀等离子体羽辉的轴线方向加入电常结果实验发现，纳米硅晶粒平均尺
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳态磁场辅助对激光熔凝层表面波纹的抑制作用研究[J]. 王梁,胡勇,宋诗英,赖三聘,姚建华. 中国激光. 2015(11)
[2]横向电场下的类金刚石薄膜激光损伤[J]. 吴慎将,王楠,苏俊宏,徐均琪,葛锦蔓,刘斌,郭淑玲. 强激光与粒子束. 2015(09)
[3]电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学研究[J]. 邓泽超,胡自强,丁学成,褚立志,秦爱丽,傅广生,王英龙. 光子学报. 2014(12)
[4]多脉冲飞秒激光烧蚀金属箔的热电子发射数值分析[J]. 徐斌,伍晓宇,凌世全,罗烽,杜晨林,孙秀泉. 激光与光电子学进展. 2012(08)
[5]激光焊接技术的研究现状与应用[J]. 张文毓. 新技术新工艺. 2009(01)
[6]金属材料的激光吸收率研究[J]. 陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌. 应用光学. 2008(05)
[7]长脉冲激光能量时空分布对金属热作用的影响[J]. 陈彦北,陆建,倪晓武,徐立君,张喜和. 光电子.激光. 2008(03)
[8]外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究[J]. 薛思敏,陈冠英,苏茂根,申北智,张正荣. 西北师范大学学报(自然科学版). 2006(02)
[9]电场作用下的金属凝固行为研究[J]. 赵志龙,刘兵,张蓉,刘林. 材料导报. 2001(09)
[10]外加电场增强激光脉冲在靶中产生的冲击波[J]. 谢建,曾传相,周业为,姚兵,曹雁,刘迅. 激光杂志. 2000(02)
博士论文
[1]短脉冲及超短脉冲激光对金属的烧蚀及微加工研究[D]. 王晓东.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]长脉冲激光辐照金属铝LY12的温度场与应力场研究[D]. 王冰.长春理工大学 2014
[2]短脉冲激光对材料的作用及破坏机理研究[D]. 李东海.中国工程物理研究院 2010
[3]PLD中等离子体屏蔽效应与烧蚀机理的研究[D]. 侯思普.华中科技大学 2004
本文编号：3319174
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电场下超短脉冲激光损伤形貌图
第1章绪论4（a）（b）图1.2激光诱导等离子体空间分布图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.2所示，通过外加直流电场，铝原子的谱线强度有显著的增强，等离子体羽流明显增长，且相对强度峰值距靶材表面距离更远，其谱线的半高宽与外加直流电场的电压值呈线性关系[30]。2012年ChangYuanjen等人探究了使用叉指电极检测激光诱导等离子体的实验。通过设计一种新型的电极放置方法实现检测激光诱导等离子体的信号。结果表明，当检测空气击穿等离子体时，叉指电极检测到的信号强度比平板电极增加了126％，而在检测Al5052产生的等离子体信号时叉指电极检测到的信号相比平板电极增加了4倍。与此同时，实验结果同样显示，在使用叉指电极时烧蚀坑的直径与深度都有明显增加[31]。2013年HoChaoching等人探究使用外电场的方法辅助激光冲击钻孔高反射金属。使用1064nm纳秒脉冲激光作用铜靶材为研究，讨论在了不同配置的平板电极下纳秒脉冲激光冲击钻孔的实验现象。将电压施加在不同配置的电极上，获得不同的电场强度和方向。（a）（b）图1.3电场作用下短脉冲激光钻孔铜靶材切面图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.3所示，电场作用下纳秒脉冲激光钻孔深度相较于普通钻孔具有显著提高。其原因是由于等离子体羽流中的粒子受到电场力的作用加速逃逸，使烧蚀物更快的从烧蚀孔中排出[32]。2014年邓泽超等人对电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学进行了相关研究。在室温条件下设置10Pa氩气环境氛围中，在垂直于烧蚀等离子体羽辉的轴线方向加入电常结果实验发现，纳米硅晶粒平均尺
第1章绪论4（a）（b）图1.2激光诱导等离子体空间分布图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.2所示，通过外加直流电场，铝原子的谱线强度有显著的增强，等离子体羽流明显增长，且相对强度峰值距靶材表面距离更远，其谱线的半高宽与外加直流电场的电压值呈线性关系[30]。2012年ChangYuanjen等人探究了使用叉指电极检测激光诱导等离子体的实验。通过设计一种新型的电极放置方法实现检测激光诱导等离子体的信号。结果表明，当检测空气击穿等离子体时，叉指电极检测到的信号强度比平板电极增加了126％，而在检测Al5052产生的等离子体信号时叉指电极检测到的信号相比平板电极增加了4倍。与此同时，实验结果同样显示，在使用叉指电极时烧蚀坑的直径与深度都有明显增加[31]。2013年HoChaoching等人探究使用外电场的方法辅助激光冲击钻孔高反射金属。使用1064nm纳秒脉冲激光作用铜靶材为研究，讨论在了不同配置的平板电极下纳秒脉冲激光冲击钻孔的实验现象。将电压施加在不同配置的电极上，获得不同的电场强度和方向。（a）（b）图1.3电场作用下短脉冲激光钻孔铜靶材切面图（a）：无电场作用；（b）：有电场作用实验结果如图1.3所示，电场作用下纳秒脉冲激光钻孔深度相较于普通钻孔具有显著提高。其原因是由于等离子体羽流中的粒子受到电场力的作用加速逃逸，使烧蚀物更快的从烧蚀孔中排出[32]。2014年邓泽超等人对电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学进行了相关研究。在室温条件下设置10Pa氩气环境氛围中，在垂直于烧蚀等离子体羽辉的轴线方向加入电常结果实验发现，纳米硅晶粒平均尺
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳态磁场辅助对激光熔凝层表面波纹的抑制作用研究[J]. 王梁,胡勇,宋诗英,赖三聘,姚建华. 中国激光. 2015(11)
[2]横向电场下的类金刚石薄膜激光损伤[J]. 吴慎将,王楠,苏俊宏,徐均琪,葛锦蔓,刘斌,郭淑玲. 强激光与粒子束. 2015(09)
[3]电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学研究[J]. 邓泽超,胡自强,丁学成,褚立志,秦爱丽,傅广生,王英龙. 光子学报. 2014(12)
[4]多脉冲飞秒激光烧蚀金属箔的热电子发射数值分析[J]. 徐斌,伍晓宇,凌世全,罗烽,杜晨林,孙秀泉. 激光与光电子学进展. 2012(08)
[5]激光焊接技术的研究现状与应用[J]. 张文毓. 新技术新工艺. 2009(01)
[6]金属材料的激光吸收率研究[J]. 陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌. 应用光学. 2008(05)
[7]长脉冲激光能量时空分布对金属热作用的影响[J]. 陈彦北,陆建,倪晓武,徐立君,张喜和. 光电子.激光. 2008(03)
[8]外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究[J]. 薛思敏,陈冠英,苏茂根,申北智,张正荣. 西北师范大学学报(自然科学版). 2006(02)
[9]电场作用下的金属凝固行为研究[J]. 赵志龙,刘兵,张蓉,刘林. 材料导报. 2001(09)
[10]外加电场增强激光脉冲在靶中产生的冲击波[J]. 谢建,曾传相,周业为,姚兵,曹雁,刘迅. 激光杂志. 2000(02)
博士论文
[1]短脉冲及超短脉冲激光对金属的烧蚀及微加工研究[D]. 王晓东.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]长脉冲激光辐照金属铝LY12的温度场与应力场研究[D]. 王冰.长春理工大学 2014
[2]短脉冲激光对材料的作用及破坏机理研究[D]. 李东海.中国工程物理研究院 2010
[3]PLD中等离子体屏蔽效应与烧蚀机理的研究[D]. 侯思普.华中科技大学 2004
本文编号：3319174
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