低功率密度激光合成金刚石的相变机制

为了延长激光法合成纳米金刚石的有效作用时间从而提高合成效率,提出采用功率密度低、脉宽长的毫秒脉冲激光照射循环水介质中石墨颗粒合成纳米金刚石的新工艺。高分辨透射电镜(HRTEM)及X射线衍射(XRD)分析结果表明,产物中含大量具有球形单晶体结构或五重孪晶结构的金刚石颗粒(平均颗粒尺寸约为5 nm)。通过对纳米金刚石微观组织结构的分析以及理论计算测算出低功率密度(106W.cm-2)毫秒脉冲激光照射时石墨颗粒表面可达到最高温度5300 K,认为该功率密度毫秒脉冲激光照射石墨颗粒时,不能产生碳等离子体,只能使石墨颗粒熔融,得到液态碳。因此生成纳米金刚石的相变机制为:激光脉冲开始时,石墨颗粒吸收激光能量快速升温并达到熔融状态,激光脉冲过后,碳液滴迅速冷却,金刚石形核并长大得到纳米晶。     

不同脉宽激光导致的纳米金刚石尺寸差异的热力学和动力学分析

针对激光烧蚀碳悬浮液以及液体介质中的石墨靶形成不同尺寸大小的纳米金刚石,对金刚石颗粒的形成进行了分析.基于激光器参数以及合成条件比较分析了两种烧蚀产生的物理化学差异,并根据热力学条件计算了金刚石颗粒的平衡尺寸和激光烧蚀后形成的碳团簇的冷却速度以及Wilson-Frenkel生长定律进一步计算了纳米金刚石的生长速度、生长时间、生长尺寸.计算结果表明,不同参数的激光烧蚀条件下产生的高温高压碳团簇的大小和密度决定了冷却速度以及生长时间,并最终决定了纳米金刚石尺寸.另外根据金刚石晶体最低能量计算结果也验证了超细纳米金刚石形成的理论基础.动力学与热力学理论计算结果和实验结果相一致,合理解释了不同尺寸纳米金刚石的形成.     

激光辅助EACVD低温生长纳米金刚石薄膜

近年来，利用高温CVD技术淀积大面积、高质量金刚石薄膜的研究已取得了突破性成果。但随着金刚石薄膜在光学、医学、光电子学等领域的应用，低温合成纳米金刚石薄膜已成为目前国内外研究的重点课题。纳米材料本身的优越性及金刚石薄膜所具有的优异物理化学性质，将使纳米金刚石薄膜具有广阔的应用前景。故低温合成纳米金刚石薄膜的研究具有重要的实际意义。本工作采用激光辅助技术，利用非聚焦的准分子激光束激活硅（Si）基片表面粒子，激光能量为70～180mJ，激光脉宽为20us。反应气体为CH4 H2，所用基片为Si（100）单晶片。在基片温度…     

PLD法制备纳米类金刚石薄膜及衬底温度的影响

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在O2氛围下于α-Al2O3(0001)基片上制备出纳米类金刚石薄膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和Raman光谱分析了薄膜的形貌和结构随沉积时衬底温度的变化情况。结果表明：随着衬底温度的升高,薄膜颗粒尺寸减少;在衬底温度为550℃时,所制备的薄膜均匀、光滑,且大约是由14nm大小的颗粒组成。对薄膜的生长机理作出了分析。     

用脉冲激光沉积法制备类金刚石膜及金刚石薄膜

简要评述了用脉冲激光沉积技术制备类金刚石膜及金刚石薄膜的研究进展，总结了激光脉冲沉积制备薄膜的基本原理及其特点，分析了激光波长，能量，衬底温度等对薄膜质量的影响。     

脉冲激光沉积制备Ge纳米薄膜的研究

利用脉冲激光沉积(PLD)技术,在Ar环境下于Si基片上制备出Ge纳米薄膜.用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)观测了薄膜的微观结构和形貌,分析了它们随激光能量密度和衬底温度的变化情况.结果表明:Ge薄膜在室温下即可以结晶,其平均品粒尺寸随脉冲激光能量密度的增大而增大.当脉冲激光能量密度为0.94 J/cm2时,所制备的薄膜由约13 nm的颗粒组成;当脉冲激光能量密度增大为1.31 J/cm2时,颗粒的平均尺寸增大为56 nm,凡薄膜表面变得比较均匀.此外,当衬底温度从室温升到450℃过程中,晶粒平均尺寸随温度升高而增大.在实验基础上,对薄膜的生长机理进行了分析.     

石墨转化纳米金刚石相变分子动力学模拟研究

为了探讨1维微尺度热传导模型不同激光能量对石墨转化纳米金刚石相变机理的影响,采用基于密度泛函理论的分子动力学方法模拟优化后的石墨结构,用有限差分法计算了激光辐照石墨表面的温度分布;基于sp³杂化键可以明显地区分金刚石和石墨结构,根据能量耦合得到不同激光能量条件下辐照石墨的态密度带隙,研究了碳原子键合条件。结果表明,只有当激光能量达到5 J时,才能形成少量sp³杂化碳原子;随着激光能量的增加,液相下受辐照的石墨表面的温度随之增加,碳原子中的自由电子更容易移动到成键分子轨道,电子的电负性增强,从而增强sp³键的极性,并有助于将sp²键转变为sp³键。该研究结果对在液相激光辐照下提升纳米金刚石制备效率、探究纳米金刚石制备机理有重要的现实意义。     

飞秒激光刻蚀纳米金刚石涂层材料去除率的研究

通过改变飞秒激光的重复频率、聚焦光斑的能流密度及扫描速度,研究了不同的激光加工参数对纳米金刚石涂层表面去除率的影响规律.利用白光干涉仪的观测结果,结合数值拟合的方法,建立了材料去除率函数模型.试验结果分析表明:在不同的重复频率下,涂层表面单位时间内累积的激光能量保持稳定,材料的去除率无明显变化;聚焦光斑的能流密度越大,...     

激光焊接超细基胎体金刚石薄壁钻

采用激光焊接超细预合金粉胎体，开发了新的薄壁钻产品，通过对与现有的产品工艺、性能测试以及实际使用分析对比，结果表明：激光焊接与普通钎焊相比结合强度提高2－3倍，克服了胎体脱落问题，胎体耐磨性提高了50％－120％，其中轴向磨损速率提高1．2倍；钻削速度提高30．4％，工矿适应性增加，使用寿命提高25％－108％。     

激光法纳米硅粉的制备工艺研究

本文研究了制备纳米硅粉的工艺参数：获得了最佳工艺参数：激光功率密反１６００Ｗ／ｃｍ２，硅烷浓度１０％，高纯氩稀释，反应气体流量１００ｃｍ３／ｓ，反应池压力２６．７ｋＰａ。改变工艺参数可制备不同粒度的纳米硅粉。     

不同脉宽纳秒激光致铝材损伤特性与打孔机理

为了获得纳秒激光脉宽对铝材的损伤特性,给纳秒激光金属加工的脉宽选择提供依据,采用面积推算法,利用光学显微镜、扫描电镜、表面轮廓仪等仪器,测试了37种脉宽纳秒激光（脉宽10ns~520ns,波长1064nm）对铝材的损伤阈值。研究了脉宽不变时激光脉冲数目对铝板的损伤规律,揭示了不同脉宽纳秒激光对铝板打孔的作用机理。结果表明,单脉冲损伤阈值与纳秒激光脉宽的平方根成线性关系。当脉冲个数增加时,材料的损蚀阈值呈现下降趋势; 铝板打孔时,纳秒激光的脉宽越窄,对铝的损伤阈值越低; 打孔过程中蒸发过程占主导,孔内壁烧蚀熔融物越少,孔圆度越好,孔口喷溅物越少,打孔质量越高。该结果可为纳秒激光金属加工的脉宽选择提供参考。     

高能纳秒激光烧蚀单晶硅的微观结构

高能纳秒激光烧蚀硅时,往往会伴随着相爆炸过程,它决定了烧蚀的形貌特征。基于相爆炸的物理过程,分析了相应的烧蚀形貌：相爆炸的发生会使得硅材料发生大范围的去除,高温熔化材料的混合物向外喷溅,冷却形成放射状的冷却条,期间分布着冷却的球状微粒;超热液体的去除部位形成一个类似花瓣状坑,在坑中由于入射光与散射光的干涉形成条纹,其周期与激光光波相似。     

纳秒激光脉冲烧蚀金属铜的物理过程分析

为了研究强激光辐照金属靶材料的效应,用纳秒激光脉冲烧蚀金属铜,对表面特征进行观测以及对其物理过程进行分析。研究发现：纳秒激光脉冲对金属铜作用时,热量沉积在金属表面很薄（几个微米）的范围,使得其温度分布由外到内分别为超热、汽化和熔化状态,由于激光脉冲的快速沉积,会发生剧烈的沸腾性爆炸（相爆炸）效应,形成较深的坑状破坏,同...     

超细晶粒钢激光焊接HAZ晶粒长大的数学模型及实验研究

超细晶粒钢在不同焊接热循环作用下,热影响区晶粒会有不同程度的长大,从而对接头的塑性和韧性产生影响。本文在激光深熔焊接热源模型简化为点热源叠加线热源的基础上,提出特征晶粒概念,建立了激光焊接热影响区晶粒长大的数学模型,并对超细晶粒钢激光焊接热影响区的晶粒长大进行了计算,计算结果与实测结果吻合良好。发现激光焊接由于具有极小的能量输入,超细晶粒钢激光焊接接头晶粒尺寸长大并不严重,当线能量为96J/mm时,热影响区最大晶粒尺寸为20μm左右。     

激光淬火及熔覆层性能与物相变化的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱研究了45#钢激光淬火层的抗氧化性能和碳在淬火层内的状态,同时研究了镍基合金激光熔覆层内碳的结构形态转变和抗氧化性能。研究结果表明,45#钢中的碳主要表现为纳米非晶石墨和类金刚石结构,激光淬火可以明显提高45#钢表面的抗氧化性能并使碳颗粒细化。随着测试激光功率的增大,激光淬火层表面和次表面的拉曼光谱保持不变,而激光淬火层内部和基体的拉曼光谱发生非常明显的变化,出现了很强的-αFe2O3的拉曼信号。这表明45#钢激光淬火层的表面具有非常优异的高温抗氧化性能。发现在激光熔覆Ni02合金层与基体的接合部非晶碳可以转化为金刚石结构。熔池底部高的温度梯度和快速凝固过程中在界面处产生巨大的瞬间压力,可能是在该区域内非晶碳直接转化为金刚石的主要原因。     

利用飞秒激光双光子聚合法制作相位光栅

使用中心波长为800nm,脉冲重复频率约为83MHz,脉冲宽度为40fs的飞秒激光振荡器,研究了飞秒激光双光子聚合工艺,并制作了一个光栅常数12μm的位相光栅。     

激光表面合金化制备TiC颗粒增强复合材料微观结构及磨擦学性能研究

To strengthen the wear resistance of AISI321 stainless steel, the TiC carbide-reinforced composite coating was produced by laser surface alloying. The microstructure, microhardness, and wear resistance of the composite coatings were investigated using optical microscopy, X-ray diffraction (XRD) meter, scanning electron microscopy (SEM), microhardness tester, and sliding wear tester. The results show that the composite coating is metallurgically bonded to the substrate and the microstructure is fine and uniform. The hardness of the composite coating is up to 400 HV, which is 2.5 times that of the substrate. Under room temperature and oil lubrication condition, the sliding wear tests indicate the friction coefficient and weight loss of the composite coating are smaller than those of substrate. The worn surface of the composite coatings is much smoother than that of the substrate, without grooves and crater. The wear resistance of the material has been greatly improved by laser surface alloying.     

激光防护技术新进展

较全面地论述了激光防护的必要性、任务、要求和最新进展。     

高重频激光对激光制导武器的干扰机理分析

为了研究高重频激光对激光制导武器的干扰机理,根据高重频激光干扰原理,建立了半主动激光制导导引头编码识别模型、时间波门模型、多信号处理模型和干扰信号调制处理模型等相关理论模型,提出了导引头干扰有效的3σ判定准则。在此基础上重点研究了多源干扰和信号调制特性对高重频激光干扰效果的影响,并进行了仿真系统测试。结果表明,多源干扰和干扰信号频率调制能够有效增强干扰效果,干扰信号幅值调制对干扰效果改善作用并不明显。该研究结果将为高重频激光干扰效果评估和高重频激光干扰系统应用提供理论参考。