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使用激光切割加工物質(zhì)的熱擴(kuò)散時(shí)間

發(fā)布者:激光切割加工|凱利特  時(shí)間:2019/11/4 15:46:30

       飛秒激光切割加工的最大特點(diǎn)是與物質(zhì)的熱擴(kuò)散時(shí)間相比,激光脈沖可以在極短的時(shí)間內(nèi)向加工區(qū)注入能量。因此照射到材料中的能量在熱擴(kuò)散前,激光脈沖就已終止,因此能量沒有在照射區(qū)域內(nèi)的熱擴(kuò)散損失,可得到高效加工。例如,當(dāng)激光切割加工脈沖寬度為1000fs時(shí),即使是熱擴(kuò)散系數(shù)較大的金屬,熱擴(kuò)散長度也只有10mm,金屬表面吸收激光的區(qū)域也只有數(shù)納米;當(dāng)脈沖寬度為100fs時(shí),激光照射時(shí)的熱擴(kuò)散長度只有l(wèi)nm,基本可以忽略。

飛秒激光切割加工

        因此,由于激光切割加工光斑的焦點(diǎn)中心區(qū)域的光密度極高,又無熱擴(kuò)散損失,使這一微小區(qū)域達(dá)到以往激光加工所無法達(dá)到的高溫高密度狀態(tài),使極少的材料汽化獲得很高的加工精度。例如對(duì)于比熱為0.75×103J kgK-,密度為22×103kgm-3的石英材料來說脈沖能量為1uJ的入射激光在1um3的體積內(nèi)被瞬間吸收所產(chǎn)生的溫度約10K。
        若石英內(nèi)部壓力隨溫度變化的速率為2×103Pa/K,則這一溫度所導(dǎo)致的壓力可高達(dá)200GPa。在這種工作條件下,任何物質(zhì)都將在瞬間內(nèi)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的物質(zhì),實(shí)現(xiàn)加工過程。不僅如此,由于等離子體屏蔽的回避提高了能量耦合效率。
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