基于飞秒激光诱导等离子体光谱学的合金相变无损检测研究

发布时间：2020-12-16 20:43

　　物相组成是材料性能表征分析与材料加工应用的重要依据与方法,然而传统的物相鉴定方法需要对材料进行切样、镶样与磨样等大量前期费时费力、损伤样品与高成本的准备工作,阻碍了材料科学领域的发展与进步。然而飞秒激光诱导等离子体光谱（fs-LIBS）检测技术因具有冷加工、低廉、快速与无损样品等优点,已经广泛应用于材料学、考古学与生物学等领域。因此,本文提出一种基于飞秒激光诱导等离子体光谱学的物相组成快速检测方法,以变化的激光能量密度为研究手段,以二元合金为研究对象,研究在变激光能量密度下的光谱参数与物相组成之间的定性关系,并分析与论证不同激光能量密度与物相组成对等离子体光谱参数影响的影响机理。本文的具体研究内容如下:1.针对飞秒激光的材料加工特性,搭建飞秒激光材料烧蚀过程的光谱采集系统。并预处理所采集的原始光谱,以获得可后续高精度与准确度分析的高信噪比与信背比的预处理光谱。2.提取光谱数据中的特征谱线强度比,并在单一能量密度下建立起谱线强度比、靶材浓度与物相组成之间的定性关系。结果表明:对于物相组成变化的合金其谱线强度比与靶材浓度间的标定曲线变化趋势会发生突变,而对于物相组成不变的合金其标定曲线不发... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

飞秒激光产生与放大原理示意图

子的温度逐渐升高，在激光脉冲接近结束之时，电子的温度达到最大值。其中最大电子温度如式 1.3 所示：BeabspeknlAFT34,max （1.3）基于靶材内部能量损失，电子与晶格热传导忽略不计的假设下，晶格的温度随着电子与晶格的相互碰撞而逐渐升高。晶格的温度在电子温度与晶格温度相等时达到最大值，该过程大约几个皮秒，可以通过式 1.4 的能量守恒定律计算所得。当原子与电子浓度具有可比性时，晶格温度达到最大值如式 1.5 所示。CeneT+CLnaT=W(tp) （1.4）BeaabspLknnlAFT3()4,max （1.5）3）烧蚀区域熔化：如图 1.2（c）所示，在晶格温度逐渐升高时，烧蚀层 ls逐渐熔化，熔化深度主要由入射能量和材料特性决定，该过程大约耗时几十个皮秒。熔化机理是晶格的不稳定与乱序，由于该晶格乱序的温度大都低于材料的熔点，故又称之为非热或冷熔化。

液体在超热条件下趋于饱和（沸腾）而产生蒸气气泡，即气泡式形核，此过程用时大约十个皮秒左右，如图1.3（d）所示。（5）继续在后脉冲激光入射下，越来越多的蒸气气泡形成并逐渐聚集成大气泡。在 100ps 时间内达到饱和（沸腾）临界[5]状态，如图 1.3（e）所示。（6）当后脉冲激光消失后，液面以上等离子体羽辉体积因蒸气压急剧下降而（a）t<0 （b）t=tp（c）t≈teq（d）t≈10ps（e）t≈100ps （f）t≈1ns （g）t≈100ns （h）t≈1μs

【参考文献】：
期刊论文
[1]铜铝合金溅射薄膜的飞秒激光诱导击穿光谱分析[J]. 蔡志龙,杨秋松,王阳.  中国激光. 2015(06)
[2]水体重金属多元素LIBS测量连续背景光谱去除方法研究[J]. 胡丽,赵南京,刘文清,方丽,张大海,王寅,孟德硕,余洋,马明俊,肖雪,王煜,刘建国.  中国激光. 2014(07)
[3]土壤中微量重金属元素Pb的激光诱导击穿谱[J]. 许洪光,管士成,傅院霞,张先燚,许新胜,季学韩,凤尔银,郑荣儿,崔执凤.  中国激光. 2007(04)



本文编号：2920750