Լազերային ճառագայթային եռակցումԻր բարձր արագությամբ, բարձր ճշգրտությամբ և անհպում բնութագրերով, լայնորեն կիրառվում է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ավտոմեքենաները, ավիատիեզերական արդյունաբերությունը և էլեկտրոնային սարքերը, հատկապես ցուցաբերելով եզակի առավելություններ տարբեր նյութերի միացման մեջ: Այնուամենայնիվ, եռակցման գործընթացում առաջացող պնդացման ճաքերը (Պնդացման ճաքեր) դրա արդյունաբերական կիրառումը սահմանափակող հիմնական թերություններից մեկն են: Այս ճաքերը սովորաբար առաջանում են պնդացման վերջում՝ միաձուլման գոտում (Միաձուլման գոտի), որոնք առաջանում են ջերմային լարվածության, պնդացման կծկման և հատիկների սահմանների վրա հեղուկ թաղանթի համակցված ազդեցություններից, զգալիորեն նվազեցնելով միացման մեխանիկական հատկությունները և հոգնածության ժամկետը:
1. Ձևավորման մեխանիզմ
Պնդացման ճաքերի հիմնական մեխանիզմը կայանում է հատիկների սահմաններում մնացորդային հեղուկ թաղանթի մեջ՝ պնդացման ավարտին: Պնդացման գործընթացի ընթացքում հալված ավազանը բաժանվում է երեք գոտիների՝ ազատ հեղուկի գոտի, սահմանափակ հեղուկի գոտի և պինդ գոտի, ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում: Սահմանափակ հեղուկի գոտում հեղուկի հոսքը խցանված է և չի կարող փոխհատուցել պնդացման կծկման հետևանքով առաջացած լարվածությունը, ինչը հանգեցնում է հատիկների սահմանային բաժանման: Հացահատիկի սահմանային էներգիայի (γgb) և պինդ-հեղուկ միջերեսային էներգիայի (γsl) հարաբերակցությունը որոշում է հեղուկ թաղանթի կայունությունը. եթե γgb < 2γsl, հեղուկ թաղանթը անկայուն է, և տեղի է ունենում հատիկների միաձուլում. ընդհակառակը, հեղուկ թաղանթը կայուն է, և ճաքերի առաջացումը հակված է:
Ավելին, պնդացման ճաքերի առաջացումը կապված է նաև նյութերի մետաղագործական հատկությունների հետ: Տարբեր նյութեր ունեն պնդացման տարբեր բնութագրեր, ինչպիսիք են պնդացման ջերմաստիճանային միջակայքը, պնդացման կծկման արագությունը, համաձուլվածքային տարրերի բաշխումը և այլն: Այս բնութագրերը ազդում են ճաքերի զգայունության վրա: Օրինակ, ցածր հալման կետ ունեցող էվտեկտիկ փուլերի մեծ քանակություն պարունակող նյութերում պնդացման ճաքերի զգայունությունն ավելի բարձր է, քանի որ այս էվտեկտիկ փուլերը հակված են պնդացման ընթացքում անընդհատ հեղուկ թաղանթներ առաջացնելուն, դրանով իսկ ուժեղացնելով ճաքերի առաջացումը:
Ընթացքումլազերային եռակցման գործընթաց, եռակցման պարամետրերը, ինչպիսիք են լազերի հզորությունը, եռակցման արագությունը և կետի չափը, նույնպես ազդեցություն ունեն պնդացման ճաքերի առաջացման վրա: Այս պարամետրերը ազդում են ջերմության մուտքի և ջերմաստիճանի գրադիենտի վրա եռակցման գործընթացի ընթացքում, դրանով իսկ փոխելով պնդացման կառուցվածքը և հատիկների ձևաբանությունը: Օրինակ, լազերի ավելի բարձր հզորությունը և եռակցման ավելի ցածր արագությունը հանգեցնում են ջերմության ավելի մեծ մուտքի և սառեցման ավելի դանդաղ արագության, ինչը նպաստում է սյունաձև բյուրեղների աճին և մեծացնում ճաքերի զգայունությունը: Եվ հակառակը, լազերի ավելի ցածր հզորությունը և եռակցման ավելի բարձր արագությունը հանգեցնում են ջերմության ավելի փոքր մուտքի և սառեցման ավելի արագ արագության, նպաստելով հավասար առանցք ունեցող բյուրեղների առաջացմանը և նվազեցնելով ճաքերի զգայունությունը:
2. Ճնշման միջոցառումներ
Պնդացման ճաքերը արդյունավետորեն ճնշելու համարլազերային եռակցումհետազոտողները առաջարկել են տարբեր ռազմավարություններ, որոնք հիմնականում կենտրոնանում են հատիկների կառուցվածքի վերահսկման, եռակցման պարամետրերի օպտիմալացման և նյութի հատկությունների բարելավման վրա: Հատիկների կառուցվածքը կատարելագործելով՝ կարելի է մեծացնել հատիկների սահմանների քանակը, և նվազեցնել լարվածության կոնցենտրացիան, դրանով իսկ նվազեցնելով ճաքերի առաջացումը: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ լազերային ճառագայթի տատանման տեխնոլոգիայի միջոցով սյունաձև բյուրեղները կարող են վերածվել նուրբ հավասարակշիռ բյուրեղների՝ առանց այլ նյութեր ավելացնելու: Լազերային ճառագայթի տատանումը կարող է ցրել լազերի էներգիան՝ առաջացնելով հալված ավազանի տուրբուլենտություն, դրանով իսկ խախտելով սյունաձև բյուրեղների աճի ուղղությունը և նպաստելով հավասարակշիռ բյուրեղների առաջացմանը, ինչպես ցույց է տրված նկար 3-ում: Բացի այդ, լազերային ճառագայթի տատանումը կարող է նաև մեծացնել հալված ավազանի լայնությունը, նվազեցնել ջերմաստիճանի գրադիենտը և երկարացնել հալված ավազանի պնդացման ժամանակը, ինչը նպաստում է լուծված նյութերի դիֆուզիային և հեղուկ թաղանթների համալրմանը, դրանով իսկ զգալիորեն նվազեցնելով պնդացման ճաքերի զգայունությունը:
Հացահատիկի սահմանային հեղուկ թաղանթների բաշխումը տարբեր ձևերի լողավազանների տակ։
Եռակցման հալված նյութի լողավազանի սխեմատիկ դիագրամ, ա, բ) առանց տատանման, գ, դ) կողմնային տատանում, ե, զ) երկայնական տատանում, է, ը) շրջանագծային տատանում։
Բացի այդիցլազերային ճառագայթՏատանողական տեխնոլոգիան, կրկնակի լազերային աղբյուրների օգտագործումը, նույնպես պնդացման ճաքերը ճնշելու արդյունավետ մեթոդներից մեկն է: Երկակի լազերային աղբյուրները կարող են ապահովել սյունաձև բյուրեղներից հավասարաառանցք բյուրեղների վերափոխումը՝ օպտիմալացնելով ջերմային ցիկլը, այդպիսով նվազեցնելով հատիկների չափը և լարվածության կոնցենտրացիան: Օրինակ, երբ CO₂ լազերը օգտագործվում է որպես հիմնական ջերմային աղբյուր և Nd:YAG իմպուլսային լազերը որպես օժանդակ ջերմային աղբյուր, եռակցման ընթացքում կարող է ձևավորվել օպտիմալացված ջերմային ցիկլ, որը նպաստում է հավասարաառանցք բյուրեղների առաջացմանը և նվազեցնում է պնդացման ճաքերի զգայունությունը, ինչպես ցույց է տրված նկար 4-ում:
Եռակցման պարամետրերի օպտիմալացումը նույնպես կարևոր միջոց է պնդացման ճաքերի առաջացումը կանխելու համար: Լազերի հզորության, եռակցման արագության և կետի չափի նման պարամետրերի կարգավորման միջոցով կարելի է վերահսկել եռակցման գործընթացի ընթացքում ջերմային մուտքը և ջերմաստիճանի գրադիենտը, դրանով իսկ ազդելով պնդացման կառուցվածքի և հատիկների ձևաբանության վրա: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ նախնական տաքացումը կարող է նվազեցնել սառեցման արագությունը, նպաստել հավասար առանցք ունեցող բյուրեղների առաջացմանը և դրանով իսկ նվազեցնել պնդացման ճաքերի զգայունությունը, ինչպես ցույց է տրված նկար 5-ում: Բացի այդ, այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են իմպուլսային լազերային եռակցումը և եռակցման արագության բարձրացումը, նույնպես կարող են հասնել սյունաձև բյուրեղներից հավասար առանցք ունեցող բյուրեղների վերափոխմանը՝ փոխելով ջերմային մուտքը և սառեցման արագությունը, դրանով իսկ նվազեցնելով ճաքերի զգայունությունը:
Նկար 5. ա) Չտաքացված, բ) 300°C նախապես տաքացված հավասարաչափ առանցքավորված հատիկներ։
Լազերներով տարբեր նյութեր եռակցելիս, նյութերի միջև ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների զգալի տարբերությունների պատճառով, փխրուն միջմետաղական միացություններ առաջանալու հակված են, որոնք պնդացման ճաքերի հիմնական պատճառներից մեկն են: Հետևաբար, լազերի պարամետրերի և կարգավորումների ճշգրտումը՝ միջմետաղական միացությունների առաջացումը կամ քանակը նվազեցնելու համար, նույնպես կարևոր ռազմավարություն է պնդացման ճաքերը ճնշելու համար: Օրինակ՝ պղինձ-ալյումինե տարբեր նյութերի լազերային եռակցման ժամանակ, լազերային ճառագայթի շեղումը և եռակցման արագությունը կարգավորելով՝ կարելի է նվազեցնել պղնձի և ալյումինի խառնման հարաբերակցությունը հալված ջրավազանում, դրանով իսկ նվազեցնելով փխրուն միջմետաղական միացությունների առաջացումը և նվազեցնելով ճաքերի զգայունությունը: Բացի այդ, լցոնիչ նյութերի օգտագործումը կարող է նաև բարելավել եռակցված միացման աշխատանքը և նվազեցնել ճաքերի առաջացումը: Լցոնիչ նյութերը կարող են նվազեցնել միջմետաղական միացությունների առաջացումը՝ փոխելով եռակցված միացման կազմը և միկրոկառուցվածքը և բարելավելով եռակցված միացման ամրությունը:
Պնդացման ճաքերը լազերային եռակցման գործընթացների տարածված թերություններից մեկն են: Դրանց առաջացման մեխանիզմը բարդ է և ներառում է բազմաթիվ գործոնների, ինչպիսիք են ջերմությունը, մեխանիկան և մետաղագործությունը, փոխազդեցությունը: Պնդացման ճաքերի առաջացման մեխանիզմի խորը ուսումնասիրությամբ կարելի է տեսական հիմք ստեղծել ճաքերը ճնշելու համար: Վերջին տարիներին հետազոտողները առաջարկել են պնդացման ճաքերը ճնշելու տարբեր ռազմավարություններ, որոնք հիմնականում կենտրոնանում են հատիկների կառուցվածքի վերահսկման, եռակցման պարամետրերի օպտիմալացման և նյութի հատկությունների բարելավման վրա: Պրակտիկան ապացուցել է, որ այս ռազմավարությունները կարող են որոշակիորեն արդյունավետորեն նվազեցնել պնդացման ճաքերի զգայունությունը և բարելավել լազերային եռակցման որակը և հուսալիությունը: Այնուամենայնիվ, լազերային եռակցման գործընթացի բարդության և բազմազանության պատճառով, ներկայիս հետազոտություններում դեռևս կան որոշ թերություններ: Օրինակ, տարբեր նյութերի և եռակցման պայմաններում պնդացման ճաքերի արգելակման մեխանիզմների համար դեռևս անհրաժեշտ են հետագա խորը հետազոտություններ:
Հրապարակման ժամանակը. Մարտի 20-2025
