铁基金属材料的超短脉冲激光烧蚀机理及实验研究

发布时间：2021-09-17 01:16

　　近年来,随着固体激光驱动器规模的不断扩大,激光装置内激光通量的不断提高,高功率激光装置内部洁净度问题已经成为制约激光惯性约束核聚变发展的瓶颈问题之一。在神光-III装置运行过程中,打靶过后光传输通道内部环境急剧恶化,颗粒污染物的沉积将导致光学元件在激光作用下产生损伤。通过研究发现当杂散光照射到金属构件表面后,金属粒子将散射到周围环境形成颗粒污染物,进一步被吸附到光学元件表面。因此,从污染物的源头进行分析,对激光诱导不锈钢构件的损伤行为进行研究具有十分重要的意义。研究结果可为提高高功率激光装置的内部洁净度、实现超洁净控制提供理论依据。本文首先采用分子动力学方法模拟了污染物在单晶铁表面的吸附过程,从瞬时体系构象、污染物分布状态和系统吸附能等角度对污染物在单晶铁表面的吸附过程进行分析。研究表明:基底表面微结构对污染物吸附程度具有重要影响,污染物在不同基底微结构表面产生不同的吸附状态。以污染物在单晶铁表面吸附的稳态模型为基础,为后文模拟激光烧蚀污染单晶铁材料提供所需要的物理模型。其次,本文采用基于双温模型的分子动力学模拟方法对激光烧蚀单晶铁的物理过程进行研究,根据不同时刻单晶铁原子的分布状态对... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同激光能量辐照相同尺度污染物损伤形貌图

激光与单晶铁的能量耦合模型，对超短脉冲激光烧蚀单晶铁的物理过程进行模拟。主要从烧蚀过程、应力波传输和烧蚀阈值等几个方面加以研究分析，从而揭示超短脉冲激光烧蚀单晶铁的烧蚀机理。与第 4 章污染物作用下单晶铁的激光烧蚀现象进行对比，分析激光作用下污染物对单晶铁损伤的影响情况。（3）污染物作用下单晶铁的激光烧蚀机理研究基于污染物在单晶铁表面的吸附研究，建立超短脉冲激光与表面吸附污染物的单晶铁的能量耦合模型，对超短脉冲激光烧蚀污染单晶铁的物理过程进行模拟。主要从烧蚀深度、热影响区和系统宏观物理量等几个方面加以研究分析，对不同激光能量密度和不同能量加载方式下单晶铁基体的烧蚀情况进行分析。（4）不锈钢表面污染物的吸附特性检测及激光损伤实验对不锈钢工件进行液滴接触角实验和 XPS 光电子能谱分析实验，通过液滴接触角以及表面元素含量分别对污染物在金属表面的吸附情况进行定性检测和定量分析。使用 Thales SAGA 固体激光器烧蚀不锈钢工件，通过扫描电子显微镜、光学显微镜和白光干涉仪等手段对烧蚀形貌进行检测，分析不同激光能量密度作用下的烧蚀深度，检测激光作用下不锈钢工件表面污染物诱导产生的微观缺陷。论文共分五章，各章节之间的组织结构及主要研究内容如图 1-6 所示：铁基金属材料的超短脉冲激光烧蚀机理及实验研究

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文计算步长输出每个原子的运动信息，进而得到系统和动态信息。当模拟体系达到稳定状态后，结合相各宏观参数和输运性质并进行分析。用开源软件 LAMMPS 进行仿真计算，可以在 Wind运算流程如图 2-1 所示。该软件没有图形界面，因助 VMD 和 Ovito 可视化软件对 LAMMPS 仿真结进一步对仿真结果进行分析。输入 运行 输出


本文编号：3397663