飞秒激光烧蚀金属镍热影响区的数值模拟

王志军; 贾威; 倪晓昌; 彭志农; 杨丽; 王清月

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飞秒激光烧蚀金属镍热影响区的数值模拟

王志军 , 贾威 , 倪晓昌 , 彭志农 , 杨丽 , 王清月

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飞秒激光烧蚀金属镍热影响区的数值模拟

1.
天津大学, 精密仪器与光电子工程学院, 超快激光研究室, 天津, 300072

作者简介: 王志军(1982-),男,硕士研究生,主要从事飞秒激光微加工方面的研究..

通讯作者: 贾威, jiaw@tju.edu.cn ;

基金项目:
天津市科技发展计划资助项目(043103911);总装精密加工技术国防科技重点实验室基金资助项目(51464010205JW14)
中图分类号: TG156.99

Numerical Simulation of the heat affected zone of nickel ablated with femtosecond laser

1.
Ultrafast Laser Laboratory, School of Precision Instruments and Optoelectronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China

Corresponding author: JIA Wei, jiaw@tju.edu.cn ;

CLC number: TG156.99

摘要: 为了定量分析飞秒激光金属加工中的热影响,基于一个二维的双温模型,采用有限差分法计算了飞秒激光烧蚀金属镍的径向热影响区.提出一种飞秒激光烧蚀热影响区定义,把热影响区定义为两部分,一部分是熔化再凝固区(晶格温度介于相爆炸温度和熔化温度之间的区域),另一部分是热激活区(晶格温度介于熔化温度和热激活温度之间的区域).通过研究表层晶格不同时刻的径向温度分布,得到飞秒激光烧蚀500nm厚金属镍的径向热影响区是160nm.结果表明,飞秒激光加工的热影响区非常小,可以实现对金属材料的超精密加工.并分析了电子热导率和电子比热容对径向热影响区的影响.
- 超快光学 /
- 热影响区 /
- 有限差分 /
- 双温模型
Abstract: In order to quantify the heat affected zone(HAZ) of femtosecond machining.Based on a two-dimensional model of the two temperature model(TTM),the radial heat affected zone of femtosecond laser ablation on nickel was simulated numerically with finite-difference method.The radial HAZ was defined as two parts,one was the melting and resolidification zone(between melting temperature and phase explosion temperature) and the other was thermal activation zone(between thermal activation temperature and melting temperature).The evolution of the temperature as a function of time was studied,leading to a radial HAZ width of 160nm for 500nm thick Ni samples,which showed that the heat affected zone of femtosecond machining is very small.Besides,the effects of the thermal conductivity and the specific heat of the electron on the radial HAZ were analyzed.
- ultrafast optics /
- heat affected zone /
- finite-difference /
- two temperature model

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飞秒激光烧蚀金属镍热影响区的数值模拟

通讯作者: 贾威, jiaw@tju.edu.cn;

作者简介: 王志军(1982-),男,硕士研究生,主要从事飞秒激光微加工方面的研究.

1. 天津大学, 精密仪器与光电子工程学院, 超快激光研究室, 天津, 300072

收稿日期: 2006-09-19
录用日期: 2006-12-07
网络出版日期: 2007-12-25

基金项目: 天津市科技发展计划资助项目(043103911);总装精密加工技术国防科技重点实验室基金资助项目(51464010205JW14)

关键词:

摘要: 为了定量分析飞秒激光金属加工中的热影响,基于一个二维的双温模型,采用有限差分法计算了飞秒激光烧蚀金属镍的径向热影响区.提出一种飞秒激光烧蚀热影响区定义,把热影响区定义为两部分,一部分是熔化再凝固区(晶格温度介于相爆炸温度和熔化温度之间的区域),另一部分是热激活区(晶格温度介于熔化温度和热激活温度之间的区域).通过研究表层晶格不同时刻的径向温度分布,得到飞秒激光烧蚀500nm厚金属镍的径向热影响区是160nm.结果表明,飞秒激光加工的热影响区非常小,可以实现对金属材料的超精密加工.并分析了电子热导率和电子比热容对径向热影响区的影响.