Լազերի կլանման արագությունը և լազերային նյութի փոխազդեցության նյութի վիճակի փոփոխությունները

Լազերի և նյութերի փոխազդեցությունը ներառում է բազմաթիվ ֆիզիկական երևույթներ և բնութագրեր: Հաջորդ երեք հոդվածներում կներկայացվեն լազերային եռակցման գործընթացին վերաբերող երեք հիմնական ֆիզիկական երևույթները՝ գործընկերներին ավելի հստակ պատկերացում տալու համար:լազերային եռակցման գործընթացբաժանված է լազերի կլանման արագության և վիճակի փոփոխությունների, պլազմայի և բանալու անցքի էֆեկտի։ Այս անգամ մենք կթարմացնենք լազերի և նյութերի վիճակի փոփոխությունների ու կլանման արագության միջև եղած կապը։

Լազերի և նյութերի փոխազդեցության հետևանքով նյութի վիճակի փոփոխություններ

Մետաղական նյութերի լազերային մշակումը հիմնականում հիմնված է լուսաջերմային էֆեկտների ջերմային մշակման վրա: Երբ լազերային ճառագայթումը կիրառվում է նյութի մակերեսին, տարբեր հզորության խտությունների դեպքում նյութի մակերեսում տեղի են ունենում տարբեր փոփոխություններ: Այդ փոփոխությունները ներառում են մակերեսի ջերմաստիճանի բարձրացում, հալում, գոլորշիացում, անցքի առաջացում և պլազմայի առաջացում: Ավելին, նյութի մակերեսի ֆիզիկական վիճակի փոփոխությունները մեծապես ազդում են նյութի կողմից լազերի կլանման վրա: Հզորության խտության և գործողության ժամանակի աճին զուգընթաց մետաղական նյութը ենթարկվում է հետևյալ վիճակի փոփոխությունների՝

Երբլազերային հզորությունխտությունը ցածր է (<10 ^ 4 վտ/սմ ^ 2) և ճառագայթման ժամանակը կարճ է, մետաղի կողմից կլանված լազերային էներգիան կարող է միայն բարձրացնել նյութի ջերմաստիճանը մակերեսից դեպի ներս, բայց պինդ փուլը մնում է անփոփոխ։ Այն հիմնականում օգտագործվում է մասերի թրծման և փուլային փոխակերպման կարծրացման մշակման համար, որտեղ մեծամասնություն են կազմում գործիքները, ատամնանիվները և կրողները։

Լազերի հզորության խտության աճի (10 ^ 4-10 ^ 6 վտ/սմ ^ 2) և ճառագայթման ժամանակի երկարացման հետ մեկտեղ, նյութի մակերեսը աստիճանաբար հալվում է։ Մուտքային էներգիայի աճի հետ մեկտեղ, հեղուկ-պինդ միջերեսը աստիճանաբար շարժվում է դեպի նյութի խորը մասը։ Այս ֆիզիկական գործընթացը հիմնականում օգտագործվում է մետաղների մակերեսային վերահալման, համաձուլվածքի ստեղծման, ծածկույթների և ջերմահաղորդականության եռակցման համար։

Հզորության խտությունը (>10 ^ 6 վտ/սմ ^ 2) հետագա մեծացնելով և լազերի գործողության ժամանակը երկարացնելով՝ նյութի մակերեսը ոչ միայն հալվում է, այլև գոլորշիանում, և գոլորշիացած նյութերը հավաքվում են նյութի մակերեսի մոտ և թույլ իոնացվում՝ առաջացնելով պլազմա: Այս բարակ պլազման օգնում է նյութին կլանել լազերը. գոլորշիացման և ընդարձակման ճնշման տակ հեղուկի մակերեսը դեֆորմացվում է և առաջացնում փոսիկներ: Այս փուլը կարող է օգտագործվել լազերային եռակցման համար, սովորաբար 0.5 մմ-ի սահմաններում միկրո միացումների ջերմահաղորդական եռակցման համար:

Հզորության խտության հետագա մեծացման (>10 ^ 7 վտ/սմ ^ 2) և ճառագայթման ժամանակի երկարացման միջոցով նյութի մակերեսը ենթարկվում է ուժեղ գոլորշիացման՝ առաջացնելով բարձր իոնացման աստիճանի պլազմա: Այս խիտ պլազման պաշտպանիչ ազդեցություն ունի լազերի վրա՝ զգալիորեն նվազեցնելով նյութի մեջ ընկնող լազերի էներգիայի խտությունը: Միևնույն ժամանակ, մեծ գոլորշու ռեակցիայի ուժի ազդեցության տակ, հալված մետաղի ներսում առաջանում են փոքր անցքեր, որոնք հայտնի են որպես բանալու անցքեր: Բանալու անցքերի առկայությունը օգտակար է նյութի համար լազերը կլանելու համար, և այս փուլը կարող է օգտագործվել լազերային խորը հալեցման եռակցման, կտրման և հորատման, հարվածային կարծրացման և այլնի համար:

Տարբեր պայմաններում, տարբեր մետաղական նյութերի վրա լազերային ճառագայթման տարբեր ալիքի երկարությունները կհանգեցնեն հզորության խտության որոշակի արժեքների յուրաքանչյուր փուլում։

Լազերի կլանման առումով նյութերի գոլորշիացումը սահման է։ Երբ նյութը չի գոլորշիանում, լինի դա պինդ, թե հեղուկ վիճակում, լազերի կլանումը փոխվում է միայն դանդաղ՝ մակերևույթի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ։ Երբ նյութը գոլորշիանում է և առաջացնում պլազմա և անցքեր, նյութի լազերի կլանումը հանկարծակի փոխվում է։

Ինչպես ցույց է տրված նկար 2-ում, լազերային եռակցման ժամանակ նյութի մակերեսին լազերի կլանման արագությունը տատանվում է լազերի հզորության խտության և մակերեսի ջերմաստիճանի հետ։ Երբ նյութը չի հալվում, լազերի համար նյութի կլանման արագությունը դանդաղորեն աճում է նյութի մակերեսի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ։ Երբ հզորության խտությունը մեծ է (10 ^ 6 վտ/սմ ^ 2-ից), նյութը ուժեղ գոլորշիանում է՝ առաջացնելով բանալու անցք։ Լազերը մտնում է բանալու անցք՝ բազմակի անդրադարձումների և կլանման համար, ինչը հանգեցնում է նյութի լազերի համար կլանման արագության զգալի աճի և հալման խորության զգալի աճի։

Լազերի կլանումը մետաղական նյութերի կողմից – ալիքի երկարություն

Վերևում նշված նկարը ցույց է տալիս սենյակային ջերմաստիճանում լայնորեն օգտագործվող մետաղների անդրադարձման, կլանման և ալիքի երկարության միջև կապի կորը: Ինֆրակարմիր տիրույթում կլանման արագությունը նվազում է, իսկ անդրադարձման արագությունը մեծանում է ալիքի երկարության մեծացման հետ մեկտեղ: Մետաղների մեծ մասը ուժեղ անդրադարձնում է 10.6 մկմ (CO2) ալիքի երկարության ինֆրակարմիր լույսը, մինչդեռ թույլ անդրադարձնում է 1.06 մկմ (1060 նմ) ​​ալիքի երկարության ինֆրակարմիր լույսը: Մետաղական նյութերն ունեն ավելի բարձր կլանման արագություն կարճ ալիքի երկարության լազերների, ինչպիսիք են կապույտ և կանաչ լույսը, համար:

Լազերի կլանումը մետաղական նյութերի կողմից. Նյութի ջերմաստիճանը և լազերի էներգիայի խտությունը

Որպես օրինակ վերցնելով ալյումինե համաձուլվածքը, երբ նյութը պինդ է, լազերի կլանման մակարդակը կազմում է մոտ 5-7%, հեղուկի կլանման մակարդակը՝ մինչև 25-35%, իսկ բանալու անցք վիճակում այն ​​կարող է հասնել ավելի քան 90%-ի։

Լազերի կողմից նյութի կլանման արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ: Մետաղական նյութերի կլանման արագությունը սենյակային ջերմաստիճանում շատ ցածր է: Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև հալման կետը, դրա կլանման արագությունը կարող է հասնել 40%-60%-ի: Եթե ջերմաստիճանը մոտ է եռման կետին, դրա կլանման արագությունը կարող է հասնել մինչև 90%-ի:

Լազերի կլանումը մետաղական նյութերի կողմից – Մակերեսի վիճակ

Ավանդական կլանման արագությունը չափվում է հարթ մետաղական մակերեսի միջոցով, սակայն լազերային տաքացման գործնական կիրառություններում սովորաբար անհրաժեշտ է մեծացնել որոշակի բարձր անդրադարձման նյութերի (ալյումին, պղինձ) կլանման արագությունը՝ բարձր անդրադարձման հետևանքով առաջացող կեղծ եռակցումից խուսափելու համար։

Հետևյալ մեթոդները կարող են օգտագործվել.

1. Լազերի անդրադարձելիությունը բարելավելու համար մակերեսային նախնական մշակման համապատասխան գործընթացների կիրառումը. նախատիպի օքսիդացումը, ավազամաքրումը, լազերային մաքրումը, նիկելապատումը, անագապատումը, գրաֆիտային ծածկույթը և այլն կարող են բարելավել նյութի լազերի կլանման արագությունը։

Միջուկը նախատեսված է նյութի մակերեսի կոպտությունը մեծացնելու համար (ինչը նպաստում է լազերային բազմակի անդրադարձումներին և կլանմանը), ինչպես նաև բարձր կլանման արագություն ունեցող ծածկույթային նյութի մեծացման համար: Լազերային էներգիան կլանելով և այն հալեցնելով ու գոլորշիացնելով բարձր կլանման արագություն ունեցող նյութերի միջոցով, լազերային ջերմությունը փոխանցվում է հիմնական նյութին՝ նյութի կլանման արագությունը բարելավելու և բարձր անդրադարձման երևույթից առաջացած վիրտուալ եռակցումը նվազեցնելու համար: