Розмір шрифту:
ОСОБЛИВОСТІ ХАРАКТЕРУ РУЙНУВАННЯ МАТЕРІАЛУ ПІД ДІЄЮ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ В ІМПУЛЬСНОМУ РЕЖИМІ РОБОТИ ЛАЗЕРА
Остання редакція: 2016-02-22
Тези доповіді
Щукін С.О.1, Забелло Є.І.2
(1НТУУ «КПІ», 2МЦ ІПО НАН України, м. Київ )
E-mail: lorlay76@gmail.com
Лазерні технології все дедалі більше використовуються в машинобудуванні та мають ряд різноманітних застосувань: для різання металів, підготовки поверхні матеріалу, створення різноманітних покриттів, контроль якості виплавленої продукції тощо. Під дією лазерного випромінювання матеріал руйнується й постає питання про характер руйнування і можливості контролю за цим процесом. Одним з можливих шляхів управління процесом може бути зміна параметрів лазерного випромінювання, до яких відносять тривалість імпульсу, енергія в імпульсі і частота проходження імпульсів, оскільки в залежності від цих параметрів змінюється характер руйнації речовини, форма утвореного кратеру, кількість випаруваної речовини. Тому важливим є дослідження впливу параметрів джерела лазерного випромінювання на процес руйнування матеріалу.
Для руйнування проби використовувався твеpдотiльний лазеp з активним тілом на основі кpисталу алюмоiтpiєвого гpанату активованого iонами неодиму з накачкою iмпульсної ксенонової лампи ИНП5/60. Живлення лампи накачки здiйснювалось блоками БПЛ-66/33, (БПЛ-75/33) з максимальною енеpгiєю в pозpядному контуpi до 75 Дж. Лазер працював в суттєво багато імпульсному режимі. В залежності від типу модулятора (модулятори добротності з початковими коефіцієнтами поглинання 73%, 50%) та ступеню перевищення порогу генерації лазер випромінював переміну по кількості послідовність імпульсів (цуг) з тривалістю одного імпульсу близько 10 нс і енергією одного імпульсу 12 мДж, 15мДж, 20 мДж відповідно для першого, другого модуляторів та їх комбінації. Часовий інтервал між імпульсами змінювався від 100 мкс (у випадку генерації двох імпульсів ) до 7-10 мкс (випадок генерації 17 –23 імпульсів). Фокусування лазерного пpоменю здiйснювалось за допомогою лiнзи з фокусною вiдстанню ~ 75 мм. При цих умовах на поверхні зразка можна було досягнути потужності до 109 Вт/см2 .
Розглянуто різні режими роботи лазерного джерела. На рис.1 (1,2,3,4) наведені фотографії характеру пошкодження поверхні зразків деяких матеріалів. Видно, що збільшенням числа імпульсів поступово зменшується глибина кратеру, що утворюється при поглинанні лазерного випромінювання, а діаметр ділянки з якої випаровується речовина збільшується. Тобто випаровування відбувається рівномірними прошарками, що забезпечує кращий контроль при обробці матеріалу. Досліджено, що при багатоімпульсному впливу лазерного випромінювання може бути реалізований режим «м’якого» руйнування поверхні матеріалу без утворення глибоких кратерів, з контролем кількості випаруваного матеріалу. Тобто, багатоімпульсний режим впливу значно збільшує можливості для впливу на процес руйнування зразку.
Рис. 1. Характер руйнування зразків різних матеріалів в залежності від числа імпульсів в цузі: 1) моноімпульс, 2) 4 імпульси, 3) 17-19 імпульсів, 4) 10 імпульсів.
Література
1. Действие излучения большой мощности на металлы//С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов и др. М.: Наука, 1970. 272 с
2. Фереман Н.А., Хазов Л.Д. О механизме разрушения поверхности прозрачного диэлектрикапри облучении коротким световым импульсом/ Под ред. Н.Г. Басова// Квантовая электроника – 1972.-№ 4(10).-с.25-31
3. Афанасьев Ю.А., Крохин Ф.В., Прохоров А.М. и др. Испарение металлических мишеней мощным оптическим излучением. // ЖЭТФ. -1972. -№2(8). -с. 586-608 .
4. E.Zabello, V. Syaber, A.Khizhnyak. Influence of temporal parameters of laser irradiation on emission spectra of the evaporated material. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics vol. 2, №1 (1999), p.142-146
(1НТУУ «КПІ», 2МЦ ІПО НАН України, м. Київ )
E-mail: lorlay76@gmail.com
Лазерні технології все дедалі більше використовуються в машинобудуванні та мають ряд різноманітних застосувань: для різання металів, підготовки поверхні матеріалу, створення різноманітних покриттів, контроль якості виплавленої продукції тощо. Під дією лазерного випромінювання матеріал руйнується й постає питання про характер руйнування і можливості контролю за цим процесом. Одним з можливих шляхів управління процесом може бути зміна параметрів лазерного випромінювання, до яких відносять тривалість імпульсу, енергія в імпульсі і частота проходження імпульсів, оскільки в залежності від цих параметрів змінюється характер руйнації речовини, форма утвореного кратеру, кількість випаруваної речовини. Тому важливим є дослідження впливу параметрів джерела лазерного випромінювання на процес руйнування матеріалу.
Для руйнування проби використовувався твеpдотiльний лазеp з активним тілом на основі кpисталу алюмоiтpiєвого гpанату активованого iонами неодиму з накачкою iмпульсної ксенонової лампи ИНП5/60. Живлення лампи накачки здiйснювалось блоками БПЛ-66/33, (БПЛ-75/33) з максимальною енеpгiєю в pозpядному контуpi до 75 Дж. Лазер працював в суттєво багато імпульсному режимі. В залежності від типу модулятора (модулятори добротності з початковими коефіцієнтами поглинання 73%, 50%) та ступеню перевищення порогу генерації лазер випромінював переміну по кількості послідовність імпульсів (цуг) з тривалістю одного імпульсу близько 10 нс і енергією одного імпульсу 12 мДж, 15мДж, 20 мДж відповідно для першого, другого модуляторів та їх комбінації. Часовий інтервал між імпульсами змінювався від 100 мкс (у випадку генерації двох імпульсів ) до 7-10 мкс (випадок генерації 17 –23 імпульсів). Фокусування лазерного пpоменю здiйснювалось за допомогою лiнзи з фокусною вiдстанню ~ 75 мм. При цих умовах на поверхні зразка можна було досягнути потужності до 109 Вт/см2 .
Розглянуто різні режими роботи лазерного джерела. На рис.1 (1,2,3,4) наведені фотографії характеру пошкодження поверхні зразків деяких матеріалів. Видно, що збільшенням числа імпульсів поступово зменшується глибина кратеру, що утворюється при поглинанні лазерного випромінювання, а діаметр ділянки з якої випаровується речовина збільшується. Тобто випаровування відбувається рівномірними прошарками, що забезпечує кращий контроль при обробці матеріалу. Досліджено, що при багатоімпульсному впливу лазерного випромінювання може бути реалізований режим «м’якого» руйнування поверхні матеріалу без утворення глибоких кратерів, з контролем кількості випаруваного матеріалу. Тобто, багатоімпульсний режим впливу значно збільшує можливості для впливу на процес руйнування зразку.
Рис. 1. Характер руйнування зразків різних матеріалів в залежності від числа імпульсів в цузі: 1) моноімпульс, 2) 4 імпульси, 3) 17-19 імпульсів, 4) 10 імпульсів.
Література
1. Действие излучения большой мощности на металлы//С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов и др. М.: Наука, 1970. 272 с
2. Фереман Н.А., Хазов Л.Д. О механизме разрушения поверхности прозрачного диэлектрикапри облучении коротким световым импульсом/ Под ред. Н.Г. Басова// Квантовая электроника – 1972.-№ 4(10).-с.25-31
3. Афанасьев Ю.А., Крохин Ф.В., Прохоров А.М. и др. Испарение металлических мишеней мощным оптическим излучением. // ЖЭТФ. -1972. -№2(8). -с. 586-608 .
4. E.Zabello, V. Syaber, A.Khizhnyak. Influence of temporal parameters of laser irradiation on emission spectra of the evaporated material. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics vol. 2, №1 (1999), p.142-146
Full Text:
PDF