Լազերային կլանման արագությունը և լազերային նյութերի փոխազդեցության նյութի վիճակի փոփոխությունները

Լազերի և նյութերի փոխազդեցությունը ներառում է բազմաթիվ ֆիզիկական երևույթներ և բնութագրեր: Հաջորդ երեք հոդվածները կներկայացնեն լազերային եռակցման գործընթացի հետ կապված երեք հիմնական ֆիզիկական երևույթները՝ գործընկերներին ավելի հստակ պատկերացում տալու համար:լազերային եռակցման գործընթացըբաժանված է լազերային կլանման արագության և վիճակի փոփոխությունների, պլազմայի և առանցքային անցքի ազդեցության: Այս անգամ մենք կթարմացնենք կապը լազերի և նյութերի վիճակի և կլանման արագության փոփոխությունների միջև:

Լազերի և նյութերի փոխազդեցության հետևանքով նյութի վիճակի փոփոխություն

Մետաղական նյութերի լազերային մշակումը հիմնականում հիմնված է ֆոտոջերմային էֆեկտների ջերմային մշակման վրա։ Երբ լազերային ճառագայթումը կիրառվում է նյութի մակերեսի վրա, տարբեր փոփոխություններ տեղի կունենան նյութի մակերեսի տարածքում տարբեր հզորության խտության դեպքում: Այս փոփոխությունները ներառում են մակերևույթի ջերմաստիճանի բարձրացում, հալում, գոլորշիացում, առանցքային անցքի ձևավորում և պլազմայի առաջացում: Ավելին, նյութի մակերեսի ֆիզիկական վիճակի փոփոխությունները մեծապես ազդում են նյութի կողմից լազերային կլանման վրա: Հզորության խտության և գործողության ժամանակի ավելացմամբ մետաղական նյութը կենթարկվի հետևյալ վիճակի փոփոխություններին.

Երբ որլազերային հզորությունխտությունը ցածր է (<10 ^ 4 w/cm ^ 2), իսկ ճառագայթման ժամանակը կարճ է, մետաղի կողմից կլանված լազերային էներգիան կարող է հանգեցնել միայն նյութի ջերմաստիճանի բարձրացմանը մակերեսից դեպի ներս, բայց պինդ փուլը մնում է անփոփոխ։ . Այն հիմնականում օգտագործվում է մասնակի կռելու և փուլային փոխակերպման կարծրացման բուժման համար, որոնց մեծամասնությունը կազմում են գործիքները, շարժակներն ու առանցքակալները;

Լազերային հզորության խտության մեծացման (10 ^ 4-10 ^ 6w/cm ^ 2) և ճառագայթման ժամանակի երկարացման հետ նյութի մակերեսը աստիճանաբար հալչում է։ Քանի որ մուտքային էներգիան մեծանում է, հեղուկ-պինդ միջերեսը աստիճանաբար շարժվում է դեպի նյութի խորը հատվածը: Այս ֆիզիկական գործընթացը հիմնականում օգտագործվում է մետաղների մակերեսային հալման, համաձուլման, երեսպատման և ջերմահաղորդականությամբ եռակցման համար։

Ավելի մեծացնելով հզորության խտությունը (>10 ^ 6վտ/սմ ^ 2) և երկարացնելով լազերային գործողության ժամանակը, նյութի մակերեսը ոչ միայն հալվում է, այլև գոլորշիանում, և գոլորշիացված նյութերը հավաքվում են նյութի մակերեսի մոտ և թույլ իոնացվում՝ ձևավորելով պլազմա։ Այս բարակ պլազման օգնում է նյութին կլանել լազերը; Գոլորշացման և ընդլայնման ճնշման տակ հեղուկի մակերեսը դեֆորմացվում է և առաջանում փոսեր: Այս փուլը կարող է օգտագործվել լազերային եռակցման համար, սովորաբար միկրո միացումների ջերմահաղորդականության եռակցման եռակցման համար 0,5 մմ սահմաններում:

Ավելի մեծացնելով հզորության խտությունը (>10 ^ 7վտ/սմ ^ 2) և երկարացնելով ճառագայթման ժամանակը, նյութի մակերեսը ենթարկվում է ուժեղ գոլորշիացման՝ ձևավորելով իոնացման բարձր աստիճանով պլազմա։ Այս խիտ պլազման պաշտպանիչ ազդեցություն ունի լազերի վրա՝ զգալիորեն նվազեցնելով նյութի մեջ լազերային հարվածի էներգիայի խտությունը: Միևնույն ժամանակ, գոլորշիների ռեակցիայի մեծ ուժի ներքո, հալված մետաղի ներսում ձևավորվում են փոքր անցքեր, որոնք սովորաբար հայտնի են որպես առանցքային անցքեր, բանալու անցքերի առկայությունը օգտակար է նյութի համար լազերային ներծծման համար, և այս փուլը կարող է օգտագործվել լազերային խորը միաձուլման համար: եռակցում, կտրում և հորատում, հարվածային կարծրացում և այլն:

Տարբեր պայմաններում տարբեր մետաղական նյութերի վրա լազերային ճառագայթման տարբեր ալիքների երկարություն կհանգեցնի հզորության խտության հատուկ արժեքների յուրաքանչյուր փուլում:

Նյութերի կողմից լազերի կլանման առումով նյութերի գոլորշիացումը սահման է։ Երբ նյութը չի ենթարկվում գոլորշիացման, լինի դա պինդ կամ հեղուկ փուլում, լազերային նրա կլանումը միայն դանդաղ է փոխվում մակերեսի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Հենց որ նյութը գոլորշիանա և ձևավորի պլազմա և առանցքային անցքեր, նյութի լազերի կլանումը հանկարծակի կփոխվի:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում, լազերային եռակցման ժամանակ նյութի մակերեսի վրա լազերի կլանման արագությունը տատանվում է՝ կախված լազերային հզորության խտությունից և նյութի մակերեսի ջերմաստիճանից: Երբ նյութը չի հալվում, նյութի կլանման արագությունը լազերին դանդաղորեն աճում է նյութի մակերեսի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Երբ հզորության խտությունը (10 ^ 6w/cm ^ 2) ավելի մեծ է, նյութը կատաղի գոլորշիանում է՝ առաջացնելով բանալու անցք։ Լազերը մտնում է բանալու անցքը բազմաթիվ արտացոլումների և կլանման համար, ինչը հանգեցնում է նյութի կլանման արագության զգալի աճի դեպի լազեր և զգալի աճի հալման խորության:

Լազերի կլանումը մետաղական նյութերով – Ալիքի երկարություն

Վերոնշյալ նկարը ցույց է տալիս սենյակային ջերմաստիճանում սովորաբար օգտագործվող մետաղների արտացոլման, ներծծման և ալիքի երկարության հարաբերությունների կորը: Ինֆրակարմիր հատվածում կլանման արագությունը նվազում է, իսկ արտացոլումը մեծանում է ալիքի երկարության աճով: Մետաղների մեծ մասը ուժեղ արտացոլում է 10,6 մմ (CO2) ալիքի երկարության ինֆրակարմիր լույսը, մինչդեռ թույլ արտացոլում է 1,06 մմ (1060 նմ) ​​ալիքի երկարության ինֆրակարմիր լույսը: Մետաղական նյութերն ավելի բարձր կլանման արագություն ունեն կարճ ալիքի լազերների համար, ինչպիսիք են կապույտ և կանաչ լույսերը:

Լազերի կլանումը մետաղական նյութերի միջոցով. նյութի ջերմաստիճանը և լազերային էներգիայի խտությունը

Որպես օրինակ վերցնելով ալյումինի համաձուլվածքը, երբ նյութը պինդ է, լազերային կլանման արագությունը կազմում է մոտ 5-7%, հեղուկի կլանման արագությունը մինչև 25-35%, և այն կարող է հասնել ավելի քան 90% բանալու անցքի վիճակում:

Նյութի կլանման արագությունը լազերային ավելանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Մետաղական նյութերի կլանման արագությունը սենյակային ջերմաստիճանում շատ ցածր է: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է հալման կետին մոտ, դրա կլանման արագությունը կարող է հասնել 40%-60%: Եթե ​​ջերմաստիճանը մոտ է եռման կետին, ապա դրա կլանման արագությունը կարող է հասնել մինչև 90%:

Լազերի կլանումը մետաղական նյութերի միջոցով – Մակերեւութային վիճակ

Պայմանական կլանման արագությունը չափվում է հարթ մետաղի մակերևույթի միջոցով, սակայն լազերային տաքացման գործնական կիրառման դեպքում սովորաբար անհրաժեշտ է մեծացնել որոշակի բարձր արտացոլող նյութերի (ալյումին, պղինձ) կլանման արագությունը՝ բարձր անդրադարձումից առաջացած կեղծ զոդումից խուսափելու համար.

Հետևյալ մեթոդները կարող են օգտագործվել.

1. Մակերեւույթի նախնական մշակման համապատասխան գործընթացների ընդունումը՝ լազերային ռեֆլեկտիվությունը բարելավելու համար. նախատիպի օքսիդացում, ավազապատում, լազերային մաքրում, նիկելապատում, թիթեղապատում, գրաֆիտային ծածկույթ և այլն, այս ամենը կարող է բարելավել նյութի լազերի կլանման արագությունը;

Միջուկը նյութի մակերեսի կոշտության բարձրացումն է (որը նպաստում է բազմաթիվ լազերային արտացոլումների և կլանման), ինչպես նաև մեծացնում է ծածկույթի նյութը բարձր կլանման արագությամբ: Կլանելով լազերային էներգիան և հալեցնելով և ցնդելով այն բարձր կլանման արագությամբ նյութերի միջոցով, լազերային ջերմությունը փոխանցվում է հիմնական նյութին՝ բարելավելու նյութի կլանման արագությունը և նվազեցնելու բարձր արտացոլման երևույթի հետևանքով առաջացած վիրտուալ եռակցումը: