Лазерный мир

Ушаков Иван Владимирович // ЖУРНАЛ Вестник российских университетов. Математика. 2010

Рассмотрена технология оптимизации эксплуатационных характеристик материала за счет селективной лазерной обработки дефектных областей. Показана возможность лазерного излучения селективно воздействовать на дефектные области. Обсуждены особенности улучшения интегральных эксплуатационных характеристик материала за счет воздействия на локальные дефектные области.

Основной задачей селективной лазерной обработки является инициирование на дефектных областях последовательности процессов, приводящих к переводу обрабатываемой области в «неопасное» для образца состояние, с одновременной минимизацией воздействия на бездефектный материал. Необходимым условием достижения поставленной цели является проведение нескольких (нескольких десятков) циклов обработки с одновременным контролем обрабатываемого образца и соответствующей коррекцией параметров воздействия для достижения оптимальной обработки и высокой локализации эффекта воздействия излучения. Применение селективной лазерной обработки обеспечивает оптимизацию эксплуатационных характеристик материалов, характеризующихся различными механическими, оптическими и другими свойствами, а также различным структурным состоянием

К настоящему времени известно много твердых материалов, в которых существуют нано- и микромасштабные области, определяющие их оптические и механические свойства [1, 3-7]. К таким материалам относятся элементы лазерной оптики, оптическая прочность и механическая целостность которых лимитируется неоднородными областями с микро- и наноразмерами, а также аморфно-нанокристаллические материалы. Известно много различных методов обработки, позволяющих оптимизировать комплекс физических характеристик материала. Однако управлять свойствами материала, оптимизировать его характеристики нужно не столько путем воздействия на весь материал в целом, сколько воздействуя на локальные дефектные области. Лазерное излучение позволяет избирательно воздействовать на дефектные области, не затрагивая окружающий материал и не меняя его свойства [1, 810]. Особенностью избирательной лазерной обработки дефектных областей в непрозрачных материалах является инициирование последовательности процессов, зависящих от интенсивности и длительности воздействия лазерного излучения, результатом которых является преимущественная обработка неоднородных областей. Для непрозрачных материалов избирательная ла-

зерная обработка может быть эффективной в том случае, если размер образцов достаточно мал хотя бы в одном направлении, т. к. для тонких поверхностных слоев непрозрачного материала возможно подобрать режимы лазерной обработки, селективно воздействующие на неоднородные области. К настоящему времени известно много материалов, в которых дефектные области с нано- и микроразмерами оказывают существенное влияние на их эксплуатационные характеристики. В основе селективного управления состоянием дефектных нанообластей в различных материалах лежит возможность подбора параметров лазерной обработки. Таким образом, целью данной работы является уточнение закономерностей селективной лазерной обработки материалов и определение требований к режимам лазерной обработки, позволяющим оптимизировать комплекс эксплуатационных характеристик материала.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Лазерную обработку материала проводили с использованием следующих оптических квантовых генераторов. Был предложен следующий алгоритм проведения избирательной лазерной обработки материала: после мощного лазерного импульса (энергия первого импульса Ei = 0,1Епор.) образец подвергали воздействию импульсного лазерного излучения (частота следования импульсов от 1 до 100 Гц) при одновременной постоянной подсветке. Длительность лазерных импульсов от 1 до 4 мс.

Экспериментально установлено, что эффективность селективной лазерной обработки можно повысить за счет улучшения качества контроля оптических и механических процессов в облучаемом образце. В работе [2] рассмотрена схема обработки образца (селективное лазерное воздействие), в которой основной контроль (и соответственно коррекция параметров обработки) проводился по наличию вспышек оптического пробоя, при повышении энергии лазерных импульсов, предназначенных для инициирования некритических разрушений. После облучения образца мощным импульсом лазерного излучения осуществляли его обработку излучением, стимулирующим залечивание повреждений и релаксацию механических напряжений.

Таким образом, эффективность метода селективной лазерной обработки прозрачных материалов может быть повышена за счет улучшения контроля за состоянием обрабатываемого материала и коррекцией параметров обработки. В работе [3] проводили оптимизацию свойств аморфно-нанокристаллического металлического сплава селективной лазерной обработкой. В основе селективной лазерной обработки разных материалов лежит возможность преимущественного воздействия лазерного излучения на неоднородные нано-и микрообласти, являющиеся концентраторами напряжения и зародышами разрушения. Можно предположить, что эффективность метода селективной лазерной обработки для случая тонких лент аморфно-нанокри-сталлического металлического сплава также может быть существенно повышена за счет оптимизации технологической схемы обработки и контроля за состоянием обрабатываемого материала.

ВЫВОДЫ

1. Использование метода селективной лазерной обработки обеспечивает оптимизацию эксплуатационных характеристик материалов, характеризующихся различными механическими, оптическими и другими свойствами, а также различными физическими механизмами деформирования. Полученные результаты демонстрируют эффективность метода селективной лазерной обработки. Совокупность экспериментальных результатов свидетельствует об универсальности и перспективности предложенного метода селективной обработки материалов, физические свойства которых определяются локальными дефектными областями нано- и микромасштабных размеров.

2. Основной задачей селективной лазерной обработки является инициирование на дефектных областях последовательности процессов, приводящих к переводу неоднородных областей в «неопасное» для образца состояние, с одновременной минимизацией воздействия на бездефектный материал. Необходимым условием оптимизации эксплуатационных характеристик образца является проведение достаточного количества циклов обработки, с одновременным контролем состояния как дефектных областей, так и всего обрабатываемого материала, для соответствующей корректировки параметров лазерной обработки.

Полное содержание на https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologiya-selektivnoy-lazernoy-obrabotki-neodnorodnyh-oblastey-v-prozrachnyh-i-neprozrachnyh-materialah/pdf