דער פאָרמאַציע מעקאַניזם און סאַפּרעשאַן מיטלען פון סאָלידיפיקאַטיאָן ריסן אין לאַזער וועַלדינג

לאַזער שטראַל וועלדינג, מיט איר הויכער שנעלקייט, הויכער פּרעציזיע און נישט-קאָנטאַקט אייגנשאַפטן, ווערט ברייט אָנגעווענדט אין פעלדער ווי אויטאָמאָבילן, לופטפאָרט, און עלעקטראָנישע דעוויסעס, ספּעציעל ווייַזנדיק אייגנאַרטיקע מעלות אין דער פֿאַרבינדונג פון פֿאַרשידענע מאַטעריאַלן. אָבער, די סאַלידיפיקאַציע ריסן (סאָלידיפיקאַציע קראַקינג) וואָס ווערן גענערירט בעת דעם וועַלדינג פּראָצעס זענען איינער פון די שליסל חסרונות וואָס באַגרענעצן איר אינדוסטריעלע אַפּליקאַציע. די ריסן פּאַסירן געוויינטלעך אין די סוף פון סאַלידיפיקאַציע אין דער פֿוזשאַן זאָנע (פֿוזשאַן זאָנע), אויסגערופן דורך די קאַמביינד יפעקס פון טערמישן דרוק, סאַלידיפיקאַציע שרינקינג און די פליסיק פילם אויף די קערל גרענעצן, וואָס באַדייטנד רעדוצירן די מעכאַנישע אייגנשאַפטן און מידקייט לעבן פון די פֿאַרבינדונג.

1.פאָרמאַציע מעקאַניזם

דער קערן מעכאניזם פון סאלידיפיקאציע ריסן ליגט אין דעם רעשט פון די פליסיקייט פילם ביי די קערל גרענעצן ביים סוף פון סאלידיפיקאציע. בעת דעם סאלידיפיקאציע פראצעס, ווערט די געשמאָלצענע בעקן צעטיילט אין דריי זאָנעס: די פרייע פליסיקייט זאָנע, די באגרענעצטע פליסיקייט זאָנע, און די האַרטע זאָנע, ווי געוויזן אין פיגור 1. אין דער באגרענעצטער פליסיקייט זאָנע, ווערט דער פליסיקייט שטראָם בלאקירט און קען נישט קאמפענסירן פאר דער שפּאַנונג וואָס ווערט גענערירט דורך סאלידיפיקאציע שרינקינג, וואָס רעזולטירט אין קערל גרענעץ צעשיידונג. די פאַרהעלטעניש פון קערל גרענעץ ענערגיע (γgb) צו האַרטע-פליסיק צובינד ענערגיע (γsl) באַשטימט די פעסטקייט פון דעם פליסיקייט פילם: אויב γgb < 2γsl, איז דער פליסיקייט פילם נישט סטאַביל און קערל קאָואַלעסענס פּאַסירט; פאַרקערט, איז דער פליסיקייט פילם סטאַביל און ריס איניציאַציע איז פּראָנע צו פּאַסירן.

דערצו, די פאָרמירונג פון סאלידיפיקאַציע ריסן איז אויך פארבונדן מיט די מעטאַלורגישע אייגנשאַפטן פון די מאַטעריאַלן. פֿאַרשידענע מאַטעריאַלן האָבן באַזונדערע סאלידיפיקאַציע כאַראַקטעריסטיקס, אַזאַ ווי די טעמפּעראַטור קייט פון סאלידיפיקאַציע, די סאלידיפיקאַציע שרינקינג קורס, און די פאַרשפּרייטונג פון צומיש עלעמענטן, עטק. די כאַראַקטעריסטיקס השפּעה די סענסיטיוויטי פון ריסן. למשל, אין מאַטעריאַלן וואָס אַנטהאַלטן אַ גרויסע סומע פון ​​נידעריק-שמעלץ-פּונקט עוטעקטיק פאַסעס, די סענסיטיוויטי פון סאלידיפיקאַציע ריסן איז העכער ווייַל די עוטעקטיק פאַסעס זענען פּראָנע צו פאָרעם קאַנטיניואַס פליסיק פילמס בעשאַס סאלידיפיקאַציע, דערמיט ינטענסאַפייינג די פאָרמירונג פון ריסן.

בעת דילאַזער וועַלדינג פּראָצעס, שווייס פאראמעטערס ווי לאזער מאכט, שווייס גיכקייט, און פלעק גרייס האבן אויך אן איינפלוס אויף דער פארמאציע פון ​​סאלידיפיקאציע ריסן. די פאראמעטערס ווירקן אויף די היץ אריינגאבע און טעמפעראטור גראדיענט בעת דעם שווייס פראצעס, דערמיט ענדערנדיג די סאלידיפיקאציע סטרוקטור און קערל מארפאלאגיע. למשל, העכערע לאזער מאכט און נידעריגערע שווייס גיכקייט רעזולטירן אין גרעסערע היץ אריינגאבע און שטייטערע קיל ראטע, וואס פראמאטירט דעם וואוקס פון זייל-קריסטאלן און פארגרעסערט די ריס סענסיטיוויטי. פארקערט, נידעריגערע לאזער מאכט און העכערע שווייס גיכקייט פירן צו קלענערע היץ אריינגאבע און שנעלערע קיל ראטע, וואס ערלייכטערט די פארמאציע פון ​​גלייכגעוויכטיקע קריסטאלן און פארקלענערט די ריס סענסיטיוויטי.

2. אונטערדריקונג מיטלען

צו עפעקטיוו אונטערדריקן די פארהאלטיקונג ריסן איןלאַזער וועַלדינג, האבן פארגעשלאגן פארשידענע סטראטעגיעס, וואס פאקוסירן זיך דער עיקר אויף קאנטראלירן די קערל סטרוקטור, אפטימיזירן די וועַלדינג פאראמעטערס, און פארבעסערן די מאטעריאל אייגנשאפטן. דורך פארבעסערן די קערל סטרוקטור, קען מען פארגרעסערן די צאל קערל גרענעצן, און פארקלענערן די קאנצענטראציע פון ​​סטרעס קאנצענטראציע, דערמיט פארמינערנדיג די פארמאציע פון ​​ריסן. שטודיעס האבן געוויזן אז דורך ניצן לייזער שטראל אסצילאציע טעכנאלאגיע, קענען זייל-קריסטאלן ווערן טראנספארמירט אין פיינע גלייכגעוויכטיקע קריסטאלן אן צולייגן אנדערע מאטעריאלן. לייזער שטראל אסצילאציע קען פארשפרייטן לייזער ענערגיע, וואס מאכט אז דער געשמאָלצן בעקן זאל שאפן טורבולענץ, דערמיט צוברעכנדיג די וואוקס ריכטונג פון זייל-קריסטאלן און פארשפרייטן די פארמאציע פון ​​גלייכגעוויכטיקע קריסטאלן, ווי געוויזן אין פיגור 3. דערצו, קען לייזער שטראל אסצילאציע אויך פארגרעסערן די ברייט פון דעם געשמאָלצן בעקן, פארקלענערן דעם טעמפעראטור גראדיענט, און פארלענגערן די סאלידיפיקאציע צייט פון דעם געשמאָלצן בעקן, וואס איז גינסטיג פאר דער פארשפרייטונג פון סאליודס און דער אויפפילן פון פליסיגע פילמען, דערמיט באדייטנד פארמינערנדיג די סענסיטיוויטי פון סאלידיפיקאציע ריסן.

פאַרשפּרייטונג פון קערל גרענעץ פליסיק פילמען אונטער פאַרשידענע בעקן שאַפּעס.

סכעמאטישע דיאַגראַמע פון ​​די וועַלסטינג געשמאָלצן בעקן, א, ב) אָן אָסצילאַציע, ג, ד) לאַטעראַל אָסצילאַציע, ה, ו) לאַנדזשאַטודאַנאַל אָסצילאַציע, ז, ח) סירקומפערענטשאַל אָסצילאַציע.

אין צוגאב צו דילאַזער שטראַלאָסצילאַציע טעכנאָלאָגיע, ניצן צווייפאַכיקע לאַזער קוועלער איז אויך איינע פון ​​די עפעקטיווע מעטאָדן צו אונטערדריקן סאָלידיפיקאַציע ריסן. צווייפאַכיקע לאַזער קוועלער קענען דערגרייכן די טראַנספאָרמאַציע פון ​​קאָלומנאַר קריסטאַלן צו גלייכגעוויכטיקע קריסטאַלן דורך אָפּטימיזירן דעם טערמישן ציקל, דערמיט רעדוצירן די קערל גרייס און שפּאַנונג קאָנצענטראַציע. למשל, ווען מען ניצט CO₂ לאַזער ווי די הויפּט היץ מקור און Nd:YAG פּולסעד לאַזער ווי די הילפס היץ מקור, קען אַן אָפּטימיזירטער טערמישער ציקל ווערן געשאפן בעת ​​וועַלדינג, וואָס פּראָמאָטירט די פאָרמירונג פון גלייכגעוויכטיקע קריסטאַלן און רעדוצירט די סענסיטיוויטי פון סאָלידיפיקאַציע ריסן, ווי געוויזן אין פיגור 4.

אָפּטימיזירן שווייס פּאַראַמעטערס איז אויך אַ וויכטיק מיטל צו אונטערדריקן סאַלידיפיקאַטיאָן ריסן. דורך אַדזשאַסטינג פּאַראַמעטערס אַזאַ ווי לאַזער מאַכט, שווייס גיכקייַט, און פונט גרייס, די היץ אַרייַנשרייַב און טעמפּעראַטור גראַדיענט בעשאַס די שווייס פּראָצעס קענען זיין קאַנטראָולד, דערמיט ינפלוענסינג די סאַלידיפיקאַטיאָן סטרוקטור און קערל מאָרפאָלאָגי. שטודיעס האָבן געוויזן אַז פאָרהייצן באַהאַנדלונג קענען רעדוצירן די קיל קורס, העכערן די פאָרמירונג פון גלייַך אַקסאַד קריסטאַלז, און דערמיט רעדוצירן די סענסיטיוויטי פון סאַלידיפיקאַטיאָן ריסן, ווי געוויזן אין פיגור 5. אין אַדישאַן, מעטהאָדס אַזאַ ווי ניצן פּולסעד לאַזער שווייס און ינקריסינג די שווייס גיכקייַט קענען אויך דערגרייכן די טראַנספאָרמאַציע פון ​​קאָלום קריסטאַלז צו גלייַך אַקסאַד קריסטאַלז דורך טשאַנגינג די היץ אַרייַנשרייַב און קיל קורס, דערמיט רעדוצירן די סענסיטיוויטי פון ריסן.

פיגור 5. א) נישט געהייצט, ב) 300°C פארהייצט גלייכאַקסיקע גריינז.

ווען מען שווייסט אומגלייַכלעכע מאַטעריאַלן מיט לאַזערס, צוליב די באַדייטנדיקע אונטערשיידן אין פיזישע און כעמישע אייגנשאַפטן צווישן די מאַטעריאַלן, זענען שוואַכע אינטערמעטאַלישע קאַמפּאַונדז נוטה צו פאָרמירן זיך, וואָס זענען איינע פון ​​די הויפּט סיבות פון סאַלידיפיקאַציע ריסן. דעריבער, אַדזשאַסטינג לאַזער פּאַראַמעטערס און סעטטינגס צו רעדוצירן די פאָרמירונג אָדער קוואַנטיטי פון אינטערמעטאַלישע קאַמפּאַונדז איז אויך אַ וויכטיקע סטראַטעגיע צו אונטערדריקן סאַלידיפיקאַציע ריסן. למשל, אין די לאַזער שווייס פון קופּער-אַלומינום אומגלייַכלעכע מאַטעריאַלן, דורך קאָנטראָלירן די אָפסעט פון די לאַזער שטראַל און די שווייס גיכקייט, קען די מיש פאַרהעלטעניש פון קופּער און אַלומינום אין די געשמאָלצן בעקן ווערן רידוסט, דערמיט פארקלענערן די פאָרמירונג פון שוואַכע אינטערמעטאַלישע קאַמפּאַונדז און רעדוצירן די סענסיטיוויטי פון ריסן. אין דערצו, ניצן פילער מאַטעריאַלן קען אויך פֿאַרבעסערן די פאָרשטעלונג פון די שווייסט פֿאַרבינדונג און רעדוצירן די פאָרמירונג פון ריסן. פילער מאַטעריאַלן קענען רעדוצירן די פאָרמירונג פון אינטערמעטאַלישע קאַמפּאַונדז דורך ענדערן די זאַץ און מיקראָסטרוקטור פון די שווייסט פֿאַרבינדונג און פֿאַרבעסערן די טאַפנאַס פון די שווייסט פֿאַרבינדונג.

סאלידיפיקאציע ריסן זענען איינע פון ​​די געוויינטלעכע חסרונות אין לאַזער וועַלדינג פּראָצעסן. זייער פאָרמירונג מעקאַניזאַם איז קאָמפּלעקס און ינוואַלווז די ינטעראַקשאַן פון קייפל סיבות אַזאַ ווי היץ, מעכאַניק און מעטאַלורגיע. דורך טיף שטודירן דעם פאָרמירונג מעקאַניזאַם פון סאלידיפיקאַציע ריסן, קען מען צושטעלן אַ טעאָרעטישער באַזע פֿאַר סאַפּרעסינג ריסן. אין די לעצטע יאָרן, האָבן פאָרשער פארגעשלאגן פאַרשידענע סטראַטעגיעס צו סאַפּרעסינג סאלידיפיקאַציע ריסן, וואָס פאָקוסירן דער הויפּט אויף קאָנטראָלירן די קערל סטרוקטור, אָפּטימיזירן וועַלדינג פּאַראַמעטערס און פֿאַרבעסערן מאַטעריאַל אייגנשאַפטן. פּראַקטיק האט באַוויזן אַז די סטראַטעגיעס קענען עפעקטיוו רעדוצירן די סענסיטיוויטי פון סאלידיפיקאַציע ריסן צו אַ געוויסן גראַד און פֿאַרבעסערן די קוואַליטעט און פאַרלאָזלעכקייט פון לאַזער וועַלדינג. אָבער, רעכט צו דער קאָמפּלעקסיטי און דייווערסיטי פון דעם לאַזער וועַלדינג פּראָצעס, זענען נאָך דאָ עטלעכע חסרונות אין דער איצטיקער פאָרשונג. למשל, פֿאַר די אינהיביציע מעקאַניזאַמז פון סאלידיפיקאַציע ריסן אונטער פאַרשידענע מאַטעריאַלן און וועַלדינג באדינגונגען, איז נאָך נויטיק ווייטערדיקע טיפע פאָרשונג.