考虑等离子体屏蔽的TC21减阻沟槽激光烧蚀模型研究

仿生肋骨沟槽表面在航空航天方面具有广泛的减阻应用。为得到低成本、高精度的减阻微沟槽,建立了激光烧蚀TC21钛合金数值模型探究其表面形貌演化规律,模型中考虑激光诱发等离子体屏蔽效应对烧蚀区域的影响并以校正激光能量分布,通过数值模拟结果辅助激光加工。随后,调整激光参数制备不同减阻样片,在密闭通道中测试不同样片的减阻效果。结果表明:考虑等离子体屏蔽效应的二维/三维模型精度得到显著提升,并且所制备的TC21样片最大减阻率可达8.7%,研究结果在激光微纳制造中具有重要的工程价值。

高斯与平顶光束纳秒脉冲激光物质蒸发烧蚀动力学仿真研究

基于建立的纳秒脉冲激光与金属铝相互作用的二维轴对称模型,仿真研究了光束整形对纳秒脉冲激光烧蚀金属铝过程中蒸发烧蚀动力学的影响.结果表明:等离子体屏蔽对靶材的烧蚀特性具有显著影响,屏蔽效应主要体现在脉冲的中后期.对于3种激光轮廓,高斯光束的屏蔽效果最强,随着整形后的平顶光束直径的增大,屏蔽效果逐渐减弱.平顶光束与高斯光束作用下,靶材温度的二维空间分布较为不同.高斯光束作用时,靶材中心最先升温,随后温度沿径向和轴向扩散.由于平顶光束的能量分布更加均匀,因此一定径向范围内的靶材同时升温.光束整形对靶材的蒸发烧蚀动力学影响较大.对于高斯光束,靶材中心先烧蚀,随后产生径向烧蚀.由于整形后平顶光束的能量密度降低,因此靶面蒸发时间较高斯光束延后,并且一定径向范围内的靶材同时发生蒸发烧蚀.3种激光轮廓下,靶材的蒸发烧蚀形貌与光束的强度分布类似,其中高斯光束的烧蚀坑呈中间深两边浅的特点,平顶光束的烧蚀坑较为平坦.

W增强Al/Gd_(2)O_(3)双屏蔽复合材料的制备与性能研究

为了屏蔽中子与γ射线的危害,在Al/Gd_(2)O_(3)材料中加入W并采用放电等离子体烧结(SPS)制成Al/W/Gd_(2)O_(3)复合材料。利用扫描电镜和XRD分析了复合材料的形貌和物相结构;利用蒙特卡罗统计试验方法和粒子传输软件MCNP5对Al/W/Gd_(2)O_(3)复合材料屏蔽中子和γ射线的性能进行模拟计算。结果表明,与原铝基复合材料相比,Al/W/Gd_(2)O_(3)复合材料的力学性能优异、抗拉强度提高;拉伸断口形貌表明,复合材料断裂模式为穿晶断裂。

组合工艺提高ZrO_(2)薄膜阻变的稳定性研究

提出纳米屏蔽阵和氧气等离子处理相结合的组合工艺,用于提高ZrO 2薄膜阻变稳定性。纳米屏蔽阵通过气相沉积法制备,再利用屏蔽阵的间隙约束作用对阻变层进行选择性氧气等离子处理,使阻变薄膜中出现高/低结晶区交替分布的特征,导电细丝受此约束将集中分布于低结晶区。扫描电子显微镜和X射线衍射观察结果显示,1500℃气相沉积后产生的屏蔽阵有最佳的导电细丝约束作用,相应电学测试中阻变开关比达到10^(4)量级,且千次阻变循环后存储窗口的变化范围在10%以内。

核电厂钨基屏蔽材料制备工艺及性能研究

为满足对核电站新的防辐射要求,采用高能等离子喷涂技术在45钢板上制备了W、W-Ni和W-Ni-Cr涂层,检测了涂层的显微组织、硬度、结合强度和成分分布,并采用实验室放射源测试研究了涂层和铅的屏蔽性能。结果表明:与W和W-Ni-Cr涂层相比,W-Ni涂层较均匀致密,孔隙率较小,为4.7%,硬度高达500~550 HV0.3,结合强度高于67.5 MPa;W-Ni涂层的屏蔽性能最佳,4 mm厚W-Ni涂层的屏蔽效果是相同厚度Pb涂层的1.16倍。

激光等离子体实验中脉冲强磁场设备产生的电磁干扰和屏蔽方法

脉冲强磁场在高功率激光与物质相互作用领域有着重要的作用。报导了用于激光等离子体实验的脉冲强磁场设备产生的电磁干扰的空间和频谱分布特征以及屏蔽方法的实验结果。发现电磁干扰来自于脉冲强磁场设备的放电主回路、充电和接地的次级回路。这些电磁干扰主要通过电容性耦合进入真空靶室、进而通过传导型耦合途径从靶室进入电子设备,或通过充电线和接地线进入电网或弱电电缆、最终进入电子设备,部分电磁辐射通过自由空间传输方式耦合进电缆和电子设备。通过断开传导型耦合路径和屏蔽自由空间电磁辐射等途径来消弱电磁干扰,对比实验发现这些措施对抑制电磁干扰有明显的效果。这些结果可以应用于强磁场调控激光等离子体的实验研究。

激光深熔焊接光致等离子体行为及控制技术

激光深熔焊接过程中 ,小孔上方的等离子体会影响激光和工件之间的耦合效率。本文在叙述激光深熔焊接光致等离子体形成机理的基础上 ,分析了致密的光致等离子体对入射激光的屏蔽行为和对焊接的影响 ,并系统介绍了国内外光致等离子体的控制技术。

激光波长对煤激光诱导击穿光谱特性影响的试验研究

我国电站入炉煤种复杂多变,实时快速获取煤质成分对保障锅炉的安全、高效、低污染运行具有重大意义。将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于燃煤煤质测量,观测了不同波长激光(355,532和1 064nm)诱导产生的等离子体时间演变特性和不同电离特性元素的谱线时间特性,对比了出现屏蔽效应时的能量阈值随激光波长的变化特征,并研究了激光波长对煤LIBS光谱特性的影响规律。结果发现:使用532nm激光作为激发光源时,煤LIBS光谱具有最强的谱线信号强度,且出现等离子体屏蔽效应的能量阈值也较高,是一种较理想的激发光源,为LIBS技术在煤质测量领域的工业应用提供了实验依据。

等离子体屏蔽和稀疏波对冲量耦合系数的影响

利用脉冲Nd:YAG激光作用在铝、铜靶上,研究了不同入射激光能量下冲量耦合系数和离焦量之间的关系,以及不同功率密度情况下冲量耦合系数和光斑直径的关系。实验表明铝靶在入射激光脉冲能量由75.8 mJ增加到382.3 mJ时,冲量耦合系数峰值对应的最佳离焦量由-10 mm处远离焦点向透镜方向移到-18 mm,而对应的激光功率密度仅由2.0×109W/cm2增加到3.9×109W/cm2;铜靶实验规律和铝靶类似。等离子体屏蔽的吸收作用导致了冲量耦合系数达到最大值后迅速降低。铝靶在入射激光功率密度由0.7×109W/cm2增大到1.0×1010W/cm2时,冲量耦合系数随光斑直径增大而增大,对应变化斜率由5.2×10-5N.s/(mm.J)增大到49.2×10-5N.s/(mm.J),表明了稀疏波对冲量耦合系数的削弱作用随入射激光功率密度增加而增加,随光斑直径增大而减小。

高超声速飞行器高温流场对激光武器毁伤效应的影响

以美国ABL系统激光武器为例,分析了高超声速飞行器高温流场气体影响激光武器毁伤效应的一些主要因素,包括气体击穿、等离子体屏蔽效应、烧蚀产物颗粒的影响。结果表明:通常情况下,流场电子数密度小于1017cm-3,流场本身等离子体特性不会引起对激光的等离子体屏蔽效应;只有在0.5 km射程以内和宽脉冲激光引起的高压流场(约10 MPa以上)气体击穿,才会导致明显的等离子体屏蔽效应,但在实际战场条件下这种情况一般不会发生;对采用烧蚀手段进行防热的飞行器而言,飞行高度大于10 km,并且基于自由来流流量的无量纲化烧蚀流量小于10-2左右时,烧蚀产物颗粒不会引起激光的衰减。

等离子体屏蔽效应对离子取出时间影响的实验研究

离子取出时间是原子法激光同位素分离（ＡＶＬＩＳ）过程中决定离子取出效率的关键参数之一，它主要受着等离子体屏蔽效应的影响。文中报告了这方面的实验研究结果。在阐述了等离子体屏蔽效应及存在条件的基础上，通过进行静电场（平行平板电场）收集铯（Ｃｓ）等离子体中铯离子的实验，发现在１０~９－１０^（１１）ｍ^（－３）等离子体密度范围内，离子取出时间与等离子体密度、收集场电压均是几何关系，即。

激光等离子体诱导蚀除眼内病体组织的机理分析

本文分析了激光等离子体诱导蚀除眼内病体组织的物理机理 ,并从理论上解释了等离子体诱导蚀除手术对周围组织副作用极小的关键原因是激光等离子体所具有的屏蔽机制 ,最后提出了更有效蚀除即把副作用降低到最低限度的解决办法。

等离子体在化学镀电磁屏蔽织物粗化中的应用

采用介质阻挡放电等离子体对化学镀电磁屏蔽涤纶织物进行粗化处理,分析了等离子体处理工艺参数对织物粗化度和金属镀层结合牢度的影响,通过透明胶带法和热循环法测试了织物的镀层牢度。研究表明:等离子体极板间距4 mm,处理时间1200 s,再经化学镀铜,可取得与碱粗化相当的镀层牢度。

纳秒激光对铜靶环形损伤的实验研究

研究了光强环形分布的纳秒脉冲激光对焦前铜靶的损伤形貌随脉冲功率密度的变化规律,发现在不同功率密度下,铜靶的环形损伤中,凹、凸纹的空间周期及凹凸对比度,随脉冲能量显著变化.使用熔融、蒸发、等离子体吸收和屏蔽及冲击硬化的观点,定性地解释了不同脉冲能量激光作用下烧蚀区不同形貌的成因.

40.68MHz交流等离子体天线电磁兼容性实验研究

等离子体天线激励源的频率较高时,电磁干扰更加严重,电磁兼容性问题亟待解决。借助场强仪、频谱仪及光谱仪等相关仪器,实验研究了在40.68 MHz激励条件下等离子体天线的电磁兼容性,并同直流、低频交流激励模式下的等离子体天线进行了比较。结果发现,等离子体本身可以产生感应场,场强随电子密度的增大而增大,但一般≤3 V/m,仅通过增大距离便可消除。40.68 MHz交流激励源辐射干扰功率高于直流、低频交流激励源近50 dB。同时谐波的干扰也非常大,最强谐波干扰为激励信号干扰的10-3倍。以光谱仪作为敏感设备,发现高频交流源导致了光谱仪的输出光谱严重频移。通过设计滤波器、屏蔽的办法可大幅度减小激励源的辐射干扰,提高天线的电磁兼容性。

激光焊中侧吹保护气质量分布的数值分析

保护气对激光焊接过程中等离子体、小孔和熔池行为有重要影响.考虑小孔内喷出等离子体作用,建立了侧吹保护气、空气和小孔内喷出等离子体的三维组份输运数学模型,计算了保护气在工件表面和高度方向的质量分布,分析了侧吹保护气管的倾角、与小孔的相对位置及保护气流量变化对焊接的影响.结果表明,小孔内喷出等离子体改变了工件表面保护气质量分布,保护气管位置离热源距离过大和倾角过小不能形成有效的气体保护,过大的保护气流量会吹散蒸汽离子体.采用TC4钛合金、6061铝合金和Q235钢等板材做焊接试验,气体保护效果良好.

纳秒脉冲激光诱导水等离子体屏蔽的实验研究

基于激光阴影法测量原理,建立了一个记录纳秒脉冲激光诱导等离子体屏蔽现象的实验光路系统,探索了一种等离子体屏蔽图像的记录方法,对纳秒脉冲激光诱导水击穿形成等离子体的现象进行了研究.记录了在不同能量状态下出现的激光诱导等离子体屏蔽图像,发现了激光诱导水介质的等离子体屏蔽效应随作用光能量呈增强的趋势,首次观测到了在纳秒脉冲激光作用下液体中出现的线型击穿现象.本文研究结果可为水下激光加工研究、医疗以及激光在液体中的传播特性研究提供实验依据.

等离子喷涂FeCrMoSnPBSiC非晶合金涂层的电磁屏蔽性能

采用软磁非晶合金FeCrMoSnPBSiC粉末作为喷涂材料,用大气等离子喷涂法在H62铜板表面制备了厚约220μm的非晶合金涂层。X射线衍射分析表明涂层中非晶含量很高,DSC分析表明非晶的晶化温度约为516℃,屏蔽效能测试表明该样品对高频电磁场和直流磁场均有良好的屏蔽效能。

等离子焊枪气体保护效果数值模拟

针对三种不同结构等离子焊枪,用数值模拟方法解释保护气体流动造成焊接过程不稳定的原因,为等离子焊接工艺确定和焊枪的设计提供了理论依据。在PHOENICS软件中建立等离子焊接保护气体流动的三维数学模型,在未考虑焊接温度场对保护气体流动影响的基础上,模拟气体流量、喷嘴与工件的距离、保护气罩的位置、喷嘴结构等参数对流场的影响,得到了速度场的分布。

激光与固体靶面烧蚀等离子体的能量耦合计算

强激光辐照下固体靶表面迅速汽化产生靶蒸气等离子体,激光穿过等离子体区到达固体靶表面的过程就是激光束与等离子体的能量耦合与交换过程。采用具有五阶精度的WENO差分格式和简易等离子体状态方程模型对激光与等离子体相互作用的复杂物理过程进行了数值计算,分析了激光束能量在等离子体区中的吸收、屏蔽效应等动态耦合规律以及激光支持等离子体前驱冲击波传播。数值模拟结果表明:激光能量是支持靶面等离子体运动的唯一原因,能量屏蔽效应对激光与等离子体能量耦合有很大影响,通过控制激光脉冲宽度,可以合理调节屏蔽效应的影响。