飞秒激光与CuZr非晶合金相互作用的分子动力学模拟研究

发布时间：2017-12-06 23:15

  本文关键词：飞秒激光与CuZr非晶合金相互作用的分子动力学模拟研究

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【摘要】：非晶合金是这几年材料学研究领域的一个热点,它具有突出的物理化学性能,应用前景广泛。由于非晶合金处于亚稳态,其优异的物理、化学和力学性能会随着非晶合金的结构弛豫和晶化发生变化,如果加工过程中晶化,它独特的性能将消失,相关实验证明,合适参数的飞秒激光有可能实现非晶合金的无晶化加工。本文采用结合双温模型的分子动力学方法,数值模拟了脉宽为200 fs的不同能量密度激光与Cu Zr非晶合金靶材相互作用,获取了不同能量密度下,靶材的温度压力等物理量的变化以及蚀除过程的原子位置变化图像,较清晰的呈现了靶材的去除过程。这对飞秒激光微纳加工技术非晶合金加工中的应用有着重要的指导作用,同时也为相关的研究提供了理论参考。论文主要工作及结论如下:(1)在系统总结了国内外超快激光与材料相互作用理论和超快激光加工技术的进展及现状基础上,详细介绍了本课题采用的研究方法及数值求解过程,完整列出了模型的参数以及初始条件和边界条件。(2)选取Mendelev拟合的MKOS势函数,采用结合双温方程的分子动力学方法来研究飞秒激光与非晶合金的相互作用,在此基础上,选取Lammps软件编写程序并验证,使之能够可靠地模拟飞秒激光和非晶合金的相互作用过程。整理数据,提取感兴趣的物理量,包括温度,压力和原子位置信息等。(3)通过对数据的分析,总结了飞秒激光辐照Cu Zr非晶合金材料的热能弛豫过程和热传导机制。发现飞秒激光辐照下,非晶合金比晶态单质金属Cu、Ni等的加热速度慢,且靶材出现了周期性地膨胀-收缩的现象。对热传导机制的深入分析,揭示了能量传递机制除了电子体系对光子的吸收-电子体系与原子体系能量耦合意外,原子体系温度还要受到材料内热冲击波的影响。(4)分析了不同激光能量密度下的材料蚀除机制。发现在30-1002cm/m J激光作用下,材料内部都出现了空泡,并且空泡的平均大小和数目随功率密度而变化。分析了不同能量密度下成核过程的几种不同机制,以及靶材熔化、散裂和分解的机制。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8

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本文编号：1260304