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碰撞激光切割機(jī)

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東莞市博世機(jī)電設(shè)備有限公司

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加工過(guò)程的非熱熔性這是飛秒加工的Z重要特征。飛秒激光在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi)與物質(zhì)相互作用，由于沒(méi)有能量擴(kuò)散等影響，向作用區(qū)域內(nèi)集中注入的能量獲得有效的高度積蓄，大大提高了激光能量的利用效率。作用區(qū)域內(nèi)的溫度在瞬間內(nèi)急劇上升，并將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)材料的熔化和氣化溫度值

詳細(xì)介紹

碰撞激光切割機(jī)電離的源項(xiàng)可寫(xiě)成式中，4/n/（2e+U）y，（2e+U）表示通過(guò)碰撞電離產(chǎn)生的、能量在e—e+de內(nèi)酌激光切割機(jī)電子數(shù)，而N（e，t）vi（e）表示能量在ee+ck內(nèi)消失的電子（通過(guò)電子一激光切割機(jī)離子復(fù)合）.vi因此，總的源項(xiàng)可以表示成對(duì)于孤立原子的光致電離，源項(xiàng)S（s，t）Pide已廣泛地研究過(guò)。如果激光切割機(jī)材料帶隙（能量）比光子能量大得不多，即U IP且沒(méi)有中間諧振，則可使用簡(jiǎn)單的微擾方法.其中K是電離原子所需要的光子數(shù)，是多光子電離截面，i是光子流（光子數(shù)/cm2s）.由此產(chǎn)生的電子能量e=Khv-u。這種情況的一個(gè)典型例子就是由532nm波長(zhǎng)激光切割機(jī)輻照的熔融石英，電離一個(gè)si分子（u=9eV）需要四個(gè)2.33eV的光子，其電離截面類似于NaCl的測(cè)量值．即o=2×10 -114 Cm8/s3.如果存在中間的多光子諧振，則需要更復(fù)雜的表達(dá)式來(lái)確定其電離率。如果帶隙勢(shì)能u IP大約小于自由電子振動(dòng)能的兩倍（u<2u）時(shí)，微擾方法已不能再用。在這種情況下，存在多光子吸收（通常大于6個(gè)光子）和更高階的物理過(guò)程，比如，閾上電離等。此時(shí)，光致電離則需要用的隧穿理論來(lái)描述。

    在電子加熱的速率比能量轉(zhuǎn)移給晶格的速率大得多的情況下，可以得到一個(gè)非常有用的關(guān)于總電子密度N（藝）的近似解。
    將方程（6-25）～（6-28）代入方程（6-24）并對(duì)能量積分，就可以寫(xiě)出隨時(shí)間變化的激光切割機(jī)電子密度：包含了與電子加熱和碰撞電離有關(guān)的所有條件，P（I）是光致電是原子的初始密度；W（藝）是單原子的光致電離率。至此，方程（6-31）可很容易求解.
    一方面，由于脈沖持續(xù)時(shí)間只有飛秒量級(jí)，遠(yuǎn)小于材料中受激電子通過(guò)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化等形式的能量釋放時(shí)間，從根本上避免了熱擴(kuò)散的存在和影響。另一方-376，由于飛秒脈沖峰值功率非常之高，焦點(diǎn)位置的功率密度大于10\15W/cm2，它所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度可與原子內(nèi)部的庫(kù)侖束縛場(chǎng)相比擬。此時(shí)，電子受激的動(dòng)力學(xué)過(guò)程已不能用傳統(tǒng)線性共振吸收得到解釋，原子的非線性特征將顯得更加重要。一般來(lái)說(shuō)，在外界強(qiáng)場(chǎng)條件作用下的電子受激方式可分為多光子吸收、隧道電離和超勢(shì)壘電離等幾種。通常情況下，在飛秒激光作用過(guò)程中，電子通過(guò)對(duì)激光切割機(jī)的入射激光的多光子非線性吸收方式獲得受激能量。總之，飛秒激光切割機(jī)憑借固有的超短和*特性，較傳統(tǒng)激光加工具有許多不可比擬的*優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

加工過(guò)程的非熱熔性這是飛秒加工的zui重要特征。飛秒激光在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi)與物質(zhì)相互作用，由于沒(méi)有能量擴(kuò)散等影響，向作用區(qū)域內(nèi)集中注入的能量獲得有效的高度積蓄，大大提高了激光能量的利用效率。作用區(qū)域內(nèi)的溫度在瞬間內(nèi)急劇上升，并將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)材料的熔化和氣化溫度值，使得物質(zhì)發(fā)生高度電離，zui終處于*的高溫、高壓和高密度的等離子體狀態(tài)。此時(shí)，材料內(nèi)部原有的束縛力已不足以遏止高密度離子、電子氣的迅速膨脹，zui終使得作用區(qū)域內(nèi)的材料以等離子體向外噴發(fā)的形式得以去除。由于等離子體的噴發(fā)幾乎帶走了原有全部的熱量，作用區(qū)域內(nèi)的溫度獲得驟然下降，大致恢復(fù)到激光切割機(jī)作用前的溫度狀態(tài)。在這一過(guò)程中嚴(yán)格避免了熱熔化的存在，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應(yīng)帶來(lái)的諸多負(fù)面影響。將材料的熱擴(kuò)散系數(shù)設(shè)為D，激光的脈寬設(shè)為c，激光切割機(jī)在照射時(shí)的熱擴(kuò)散長(zhǎng)lD可以用lD=（D.T1）1/2表示。這里的D=kT/（p.cp），kt、p、cp分別表示熱傳導(dǎo)率、密度及熱容量。即使是熱擴(kuò)散系數(shù)大的金屬，熱擴(kuò)散長(zhǎng)度lD在lps時(shí)間內(nèi)也只有l(wèi)Onm.金屬表面吸收激光的長(zhǎng)度只有表皮厚度左右（數(shù)納米），脈寬為lOOfs時(shí)，激光照射時(shí)的熱擴(kuò)散可以忽略。因此，能量只在照射區(qū)積蓄，可以達(dá)到以往激光加工所無(wú)法達(dá)到的高溫高密度狀態(tài)。

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