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herozhu

木虫 (正式写手)

[交流] 激光加工过程蒸发(evaporation)去除原理探讨

由于想不通的原因,每次求助帖都冷场,这次改成交流贴试验一下。

如题,想讨论一下纳秒激光加工过程中,单纯依靠蒸发去除材料的机理。

首先用最简单的定温相变来描述一下这个过程:激光进来,升温,达到熔点,继续吸收能量但温度hold住,潜热满足,继续升温,达到沸点(假设固定),继续吸收能量同时温度继续hold住,满足潜热,认为完全转化为了气态,认为去除。

这是最好理解的一个过程,但问题是在沸腾过程中,沸点不会是固定的。个人理解,沸点是跟外部压强相关的,处在不同的压力环境中,物质的沸点是会变化的。而在蒸发过程中,由于vapor存在,改变了表层上的压强,故而影响了沸点,使得沸腾不在一个固定温度上。想问的是,判断一部分材料是否由于蒸发被去除的标准是什么?当沸点一定时,当这部分材料的热焓(enthalpy)达到一定标准(满足潜热),这部分材料就认为去除。现在如果认为沸点变化,即可能沸腾发生的某一时刻,吸收的激光能量只有一部分用来满足潜热,另一部分仍旧用于升高温度,该如何考虑材料去除的标准?

另外一点就是表面的receeding velocity了,论文中的常用套路基本都是先算出表层温度,用克拉培龙方程来联系表层温度与vapor压强(假设平衡),再根据此时的vapor压强根据动力学结论得到mass flux,进而算出receeding velocity. 在这个过程中有个先决条件,就是要先用传热方程算出表层温度,这个温度应该就是根据边界条件激光条件计算的。在一些论文中见到过当入射fluence在几个J/cm^2时表层温度就很高(大几千K)接近临界温度的情况,如果再增大,个人觉得完全有可能超过临界温度。个人理解临界温度的说的就是超过这个值气液态无法共存了,变成所谓的超临界流体。那么在仿真过程中,或者实际过程中,这个临界温度是否能在surface或者表层element中达到或者超过?如果计算出来超过了临界温度,该怎么处理?

还请大家多多指教。
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
2楼2015-01-10 10:19:12
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
3楼2015-01-10 10:22:24
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4楼2015-01-10 10:22:32
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5楼2015-01-10 10:22:38
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
6楼2015-01-10 10:28:23
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
7楼2015-01-10 10:29:51
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
祝福
8楼2015-01-10 10:42:52
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
本帖仅楼主可见
9楼2015-01-10 10:43:27
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herozhu(金币+1): 谢谢参与
10楼2015-01-10 10:46:35
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