黑龙江科技大学 机械工程学院，哈尔滨 150022
为了探究纳秒激光烧蚀单晶硅过程中熔融物质的喷溅过程，对不同加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅的过程进行了模拟仿真及实验验证。采用Level-Set界面追踪法，通过仿真软件建立有限元模型，对空气、静水和真空加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅时物质抛出过程进行模拟仿真，研究了不同加工环境中温度场、速度场对表面喷溅的影响; 采用波长266 nm、脉宽30 ns和频率50 Hz的单脉冲激光烧蚀单晶硅的工艺实验对仿真结果进行验证，通过原子力显微镜和数字显微镜对烧蚀结果进行了表征。结果表明，空气环境中，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率达到14.1 m/s，在微孔内部蒸汽压力的作用下，烧蚀区域熔融物质向外喷出; 静水环境中，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率为1.68 m/s，远低于空气中的喷溅速率，熔融物质快速冷却; 真空环境中，材料在短时间内汽化，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率最大可达18.4 m/s，较高的喷溅速率有利于物质的抛出。加工环境对纳秒激光烧蚀单晶硅的物质抛出影响较大，这为提高纳秒激光加工单晶硅的加工质量提供了参考。
激光技术 激光烧蚀机理 数值模拟 单晶硅 laser technique laser ablative mechanism numerical simulation mono-crystalline silicon
1 华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074
2 广西机电职业技术学院 电气工程系, 南宁 530007
采用板-板电极,在放电间隙距离为2 mm、放电电流峰值为22 kA条件下,对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失,分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微观元素组成的分析及液体中金属离子的含量分析,对水中脉冲放电金属电极的烧蚀机理进行了探讨。结果表明,水中脉冲放电时,钨铜电极的抗烧蚀性能明显高于黄铜电极。黄铜电极的主要烧蚀是以中心的大量孔洞及其边缘的波纹结构为表现形式的液体金属的溅射; 钨铜电极的突出物及较平整的表面暗示了气相侵蚀的作用。以电弧的焦耳热效应为催化剂,钨铜与水的电化学反应更为强烈,因此电化学腐蚀是水中放电电极烧蚀的形式之一。
脉冲放电 电极烧蚀 烧蚀速率 形貌特征 烧蚀机理 电化学反应 pulse current electrode erosion erosion rate morphology characteristic erosion mechanism electrochemical reaction 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045007
1 南华大学机械工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 南华大学电气工程学院, 湖南 衡阳 421001
采用结合双温方程的分子动力学方法，数值模拟脉宽为200 fs，能量密度为30~45 mJ/cm2 的超快激光与CuZr非晶合金的相互作用过程。模拟结果表明：超快激光作用下CuZr 非晶材料中原子加热速度比普通晶态金属慢得多；作用过程内部应力的演化表现为首先产生拉应力；并且随着温度与应力的演化，靶材内部产生空泡，空泡的平均大小和数目都与能量密度直接相关；靶材的烧蚀机制表现为机械破损，且烧蚀深度随着能量密度增大而增加。研究结果有助于更深入地理解飞秒激光与非晶合金相互作用机理。
激光技术 飞秒激光 烧蚀机理 分子动力学 非晶合金 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 041406
1 西北核技术研究所,陕西,西安,710024
2 复旦大学化学系,激光化学研究所,上海,200433
本文回顾了前人有关脉冲激光烧蚀过程的各种理论模型,重点综述了脉冲激光烧蚀金属氧化物的物理化学过程及反应机理,并对激光能量不很高时金属氧化物的烧蚀过程提出了热控制机制的新观点.
激光技术 脉冲激光烧蚀(PLA) 烧蚀机理 金属氧化物 laser techniques pulsed laser ablation ablation mechanism metal oxides
