激光辐照下热防护涂层烧蚀过程的数值分析

针对热防护涂层材料开展了抗激光辐照实验研究,考察试片界面温度随时间的变化规律;在此基础上以传热学基本原理为基础,建立描述涂层内部传热传质、烧蚀化学反应以及表面迁移等过程数学模型并采用数值模拟的方法对模型进行求解,通过与实测值对比验证了模型的合理性,进一步考察涂层沿厚度方向的温度分布,分析了激光辐照过程中涂层表面迁移速率。研究结果表明,所建立的数理模型能够较好地描述涂层的烧蚀传热过程,涂层表面迁移速率在辐照初期逐渐升高而后逐渐趋于稳定,界面温度在短时间内急剧上升随后逐渐回落,同时增加涂层厚度以及降低材料导热系数有利于对基材的保护。

激光烧蚀过程中的发射光谱研究

激光烧蚀过程中的发射光谱研究吴凌晖，吴嘉达，伍长征，李富铭（上海三束材料改性国家重点联合实验室复旦大学分部复旦大学光学和激光物理研究室，２００４３３）脉冲激光烧蚀沉淀制备薄膜技术已引起越来越多的关注。我们用时间和空间分辨的发射光谱方法测量了激光烧蚀钛...

用于电热化学炮的放电毛细管烧蚀模型研究

为研究毛细管的烧蚀质量参数进而指导点火系统设计,对电热化学发射中等离子体点火用聚乙烯放电毛细管的烧蚀过程进行了理论研究。用电弧等离子体磁流体动力学仿真模型中的烧蚀焓方法,计算了一个典型放电周期过程中烧蚀率的时间分布。辐射能的计算分别采用灰体辐射模型与净辐射系数模型,对烧蚀过程的影响进行了对比分析。结果表明,等离子体的温度对管壁的烧蚀率有较大影响;在相同输入参数计算条件下,两种模型计算结果存在较大差异;灰体辐射模型理论计算结果与实验值接近。净辐射系数法适用于大管径放电情况,在小管径情况下则会低估烧蚀结果。

强流脉冲离子束辐照铜靶热效应数值研究

为了研究强脉冲离子束辐照改性铜靶的行为,建立了基于靶室中法拉第杯检测的离子束流密度和离子加速电压时空分布模型;采用蒙特卡罗方法计算了束流在铜靶中的能量沉积,并将这随时间变化的非线性沉积能量作为热传导方程的热源项,计算得到了脉冲期间靶材内部温度场的演化规律。一次脉冲后与液化烧蚀相比,靶材表面较小区域的物质气化烧蚀掉,辐照中心处熔化的厚度最大;气、液化烧蚀厚度随偏离中心位置而减小。当束流密度为300 A/cm2时,中心区域气化烧蚀和液化烧蚀的厚度分别达到0.2微米和1.3微米;脉冲期间热量延纵深方向的传播距离小于2微米。

飞秒激光烧蚀高定向热解石墨的超快过程研究

脉冲激光烧蚀高定向热解石墨(HOPG)是制备富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料的重要方法之一。研究和认识飞秒脉冲激光烧蚀高定向热解石墨的超快物理过程,可以为探索飞秒激光烧蚀制备各种碳纳米材料提供重要的实验和理论基础。利用抽运-探测技术记录了0.33～20J/cm2不同激光能流下50fs激光脉冲烧蚀高定向热解石墨在0～9ns时间窗口内的超快动态过程,并且比较分析了烧蚀高定向热解石墨和烧蚀铝靶的差别。实验发现,随着入射到高定向热解石墨表面的激光能流从20J/cm2下降到0.33J/cm2,光热机制导致的物质去除逐渐减少,光机械机制的应力释放导致的大颗粒物质喷射逐渐成为主要的物质去除过程。分析表明,靶材的吸收系数是导致高定向热解石墨和铝靶烧蚀动态过程不同的主要因素。

强流脉冲离子束辐照靶材烧蚀效应二维数值研究

对强流脉冲离子束(IPIB)辐照Ti靶的烧蚀效应进行了二维数值研究.得到了表面烧蚀物质随脉冲时间的变化关系.得出TEMPⅡ型加速器产生的脉冲束流辐照靶材时引起的汽、液化均是从表面开始、并且汽化过程中表面物质被层层烧蚀的结论.同时,得到中心区的平均烧蚀速度为10m/s数量级,它远小于产生的烧蚀等离子体的喷发速度.得到脉冲期间靶材内部不同位置烧蚀斑痕形状的时间演化过程,以及束流中含有的离子种类分额不同时IPIB辐照过程产生的不同效果.

飞秒脉冲激光烧蚀金膜的相变传热研究

采用双温度模型,对飞秒单脉冲激光照射下金膜的烧蚀过程进行了研究,通过界面能量平衡方程成核动力学方程和气体动力学定律对烧蚀过程中的固-液以及气-液界面进行了追踪。对考虑非傅里叶效应的双重双曲线两步(DHTS)模型和抛物线两步(PTS)模型的模拟结果进行了对比研究,并分析了激光和金属薄膜参数对烧蚀过程的影响。结果表明:对于飞秒激光烧蚀过程,DHTS模型的模拟结果比PTS模型的模拟结果更接近于实验数据,相同条件下DHTS模型得到的熔化以及烧蚀深度会明显高于PTS模型得到的结果;激光能量密度越大,激光脉冲宽度越小激光烧蚀的深度越深,而薄膜越厚烧蚀越弱。