Введение к работе
Актуальность. В настоящее- время лазерная технология интенсивно внедряется н промышленность. Вместе с широко известными областями применения лазеров, такими как резка, сварка, пайка и т.д., разрабатываются и новые направления технологии, основанные на новых физических явлениях, цель которых заключается d существенном улучшении эксплуатационных свойств материалов.
Лазгрно-плазмснная обработка материалов в газах попьшен-'ного давлоініл, основанная на комплексном воздействии лазерного излучения и приповерхностной лазерной плазмы на поверхность материала, одно из таких направлений. При этом на поверхности мишени лазерное излучение и приповерхностная лазерная плазма инициируют реакции, способствуйте формированию нитридов, карбидов, восстановлению металлов из окислов и окислению материалов.'
для елективного внедрения з промшлэнность процессов лазерно-плазненнон обработки материалов необходимо всесторонне изучать явления в приповерхностной лазерной плазме, возникающей при воздействии лазерного излучения на материалн в газах повоєнного давления. Исследование приповерхностной лазерной плазмы в газах повышенного давления проводилось методами скоростной фоторегистрации, зовдовой и лазерной диагностикой, что приносило лишь качественные результаты. Для дальнейшего' изучения припоЕерхностноП лазерной, плазмы целесообразно применить болео информативный метод гологра}ической интерферсЛга-трии.
Немаловажное значение имеет исследование динамики приповерхностной лазерной плазмы в процессах конденсации в эрозионном факеле в газах повышенного давления.
Актуальным является также изучение динамики оптического пробоя в газах повчиенного давления при упаренной интенсивности лазерного излучения /до ДО11 Вт/іг" /.
Цель данной работы; экспериментальное исследование комплекса физических явлений в приповерхностной лазерной плазме, возникающей при лезерно-плазменной обработке материалов в газах поваленного давления и определение основных этапов формирования приповерхностной лазерной плазмы.
Основные задачи работы:
- создание универсальной интерференционной голрграфичес-
_ 4 -
кой установки для исследования процессов лаэерно-плаэменной обработки материалов в газах при давлении 0,1-6 Mia;
исследование особенностей формирования приповерхностной лазерной плазмы в газах повышенного давления;
исследование процесса конденсации при лазерном восстановлении, окислении и испарении материалов в газах повшюнио-го давления.;
Научная" новизна и защищаемые положения:
I. Развитие методик:: импульсной двухэкспозиционкой голо-графической интерферометрии для исследования приповерхностной лазерной плазмы в процессах лазерно-плазменной обработки материалов в газах повышенного давления,
Z. В газах повышенного давления, до начала интенсивного испарения, формируется плазменный объект новой формы, названный приповерхностной стелющейся лазерной плазмой, располагаю-:-\иї'с.}' вдоль поверхности металлической мишени слоем толщиной до 3 !,м и покрывающий всю посерхность мишени по плоцадн, значительно превмкакиций пятно фокусировки лазерного излучения,
-
В области пятна фокусировки лазерного излучения ьбли-зи поверхности металлических мишеней возникает автоструктура, которая может вызывать трансформацию энергии лазерного излучения в анергию плоских ударных волн и электромагнитного поля, генерирующего приповерхностную стелющуюся лазерную плазму.
-
Существует критическое давление газа, при котором происходит смена механизма истечения паров при лазерном воздействии на материалы в газах повышенного давления.
-
В процессах лазерного восстановления, окисления и испарения материалов в газах повышенного давления формируется фронт конденсации, аналогичный конденсационному скачку при лазерном испарении в вакуум.
Научная и практическая цокность.
-
Развита методика двухэкспозиционной топографической интерферометрии, успешно применяемая для диагностики лазерного воздействия на материалы в газах повышенного давления.
-
Экспериментально обнаружено формирование плазменного объекта новой формы в газах повышенного давления до начала интенсивного испарения мишени,
-
експериментально обнаружено возникновение в области пятна фокусировки лазерного излучения вблизи поверхности ив-
теллических мишеней автоструятуры, которая может вызывать трансформацию энергии лазерного излучения в янергию плоских удярннх волн и ялектромагнитного поля, генерирующего приповерхностную стелющуюся лазерную плазму.
4. Ьксперимонтально подтверэдено образование фронта конденсации при лазерном испарении, окислении, восстановлении в газах повышенного давления, аналогичного конденсационному' скачку при нормальных условиях.
Ь. Зкспериментальио установлено, что существует критическое дапленіте газа, при котором происходит смена механизма истечения ппроп при лазерном воздействии на материалы в газах повышенного давления,
6. Показана эффективность применения двухэкспозиционной голографичпской интерферометрии для диагностики приповерхностной лазерной плазмы в газах повышенного давления.
Основные результаты диссертации обсудцались на научных семинарах института металлургии им. А.А.Байкова АН СССР, Института Общей Физики Ah СССР, докладывались на УІ Симпозиуме по Плазме /г.Сан Лиего, Калифорния, США, І9Б6/, Всесоюзной 'конференции "Современные проблемы физики и ее приложении" /Москва, 1987/, Исесоюзном семинаре Физика и химия обработки материалов концентрированными потоками энергии" /Москва, 1988/, Всесоюзном семинаре "Лучевые методы сварки и обработки материалов" /Москва, 19Ь7/, Всесоюзном семинаре "Лазерная техника и технология1' /Вильнюс, 1988/, Всесоюзном семинаре "Оптические методы исследования потоков" /Новосибирск, 1989/, научной конференции МИФИ /Москва, 1987/.
Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
Вклад автора. Изложенные в диссертация результаты исследований получены лично автором или в соавторстве при его непосредственном участии. -
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Содержит 117 страниц, 32 рисунка, 2 таблицы и список литература из 119 наименований.
