激光法制备超细纳米金刚石的相变机理

为了研究激光法制备纳米金刚石的相变机理,采用纳秒脉冲激光冲击微米级石墨悬浮液,并做强酸高温氧化提纯处理,结合X射线衍射、喇曼光谱、高分辨率透射电镜等表征手段以及热力学和动力学分析方法,对实验结果进行了理论分析和实验验证。合成得到分散均匀、尺寸在4nm~12nm的超细纳米金刚石。结果表明,纳秒激光辐照下,石墨是通过固态-气态-液态-固态的形式转变为金刚石结构的;与毫秒脉冲激光相比,高功率密度、短脉宽的纳秒激光为金刚石核的生长提供了大的过冷度,提高了金刚石的形核率和生长速率;但是纳米金刚石的生长温度范围极小,冷却过程中石墨结构与金刚石结构同时形核、长大,引起金刚石颗粒表面的石墨化,限制了纳米金刚石的生长。     

钢铁材料的激光表面相变硬化

激光表面相变硬化技术的钢铁工业中的应用具有十分广阔的前景。本文拟对其上前的现状进行探讨，旨在加速将激光表面相变硬化技术应用于工业生产的步伐。     

激光辅助EACVD低温生长纳米金刚石薄膜

近年来，利用高温CVD技术淀积大面积、高质量金刚石薄膜的研究已取得了突破性成果。但随着金刚石薄膜在光学、医学、光电子学等领域的应用，低温合成纳米金刚石薄膜已成为目前国内外研究的重点课题。纳米材料本身的优越性及金刚石薄膜所具有的优异物理化学性质，将使纳米金刚石薄膜具有广阔的应用前景。故低温合成纳米金刚石薄膜的研究具有重要的实际意义。本工作采用激光辅助技术，利用非聚焦的准分子激光束激活硅（Si）基片表面粒子，激光能量为70～180mJ，激光脉宽为20us。反应气体为CH4 H2，所用基片为Si（100）单晶片。在基片温度…     

激光合成特殊性能薄膜的新方法

本文主要介绍国内外激光技术在合成金刚石薄膜、立方氮化硼薄膜、超导薄膜、半导体薄膜等的最新方法.     

飞秒激光刻蚀纳米金刚石涂层材料去除率的研究

通过改变飞秒激光的重复频率、聚焦光斑的能流密度及扫描速度,研究了不同的激光加工参数对纳米金刚石涂层表面去除率的影响规律.利用白光干涉仪的观测结果,结合数值拟合的方法,建立了材料去除率函数模型.试验结果分析表明:在不同的重复频率下,涂层表面单位时间内累积的激光能量保持稳定,材料的去除率无明显变化;聚焦光斑的能流密度越大,...     

不同脉宽激光导致的纳米金刚石尺寸差异的热力学和动力学分析

针对激光烧蚀碳悬浮液以及液体介质中的石墨靶形成不同尺寸大小的纳米金刚石,对金刚石颗粒的形成进行了分析.基于激光器参数以及合成条件比较分析了两种烧蚀产生的物理化学差异,并根据热力学条件计算了金刚石颗粒的平衡尺寸和激光烧蚀后形成的碳团簇的冷却速度以及Wilson-Frenkel生长定律进一步计算了纳米金刚石的生长速度、生长时间、生长尺寸.计算结果表明,不同参数的激光烧蚀条件下产生的高温高压碳团簇的大小和密度决定了冷却速度以及生长时间,并最终决定了纳米金刚石尺寸.另外根据金刚石晶体最低能量计算结果也验证了超细纳米金刚石形成的理论基础.动力学与热力学理论计算结果和实验结果相一致,合理解释了不同尺寸纳米金刚石的形成.     

选择性激光相变40Cr钢摩擦磨损性能研究

为了解决40Cr钢零部件表面磨损问题, 结合表面织构理论, 采用激光相变硬化工艺制备分布规则的不同形状(圆形、条状)软硬耦合表面。通过扫描电镜、X射线衍射、摩擦磨损实验和超景深显微镜分别分析相变区微观组织、物相, 评估表面抗磨损性能、磨损表面形貌。结果表明, 圆形相变区截面硬度高于条状, 平均介于(720±3)HV_0.1, 且淬硬层较深; 相变后生成马氏体、Cr₇C₃、Fe₇C₃; 对比40Cr钢未处理表面与软硬耦合表面摩擦系数, 软硬耦合表面摩擦系数均低于0.5且波动小, 具备好的摩擦稳定性; 磨损表面损伤小, 源于磨损过程硬质相能够阻碍磨屑运动、减少表面损伤, 软相区可以缓存能量和碎屑, 软相区以梨削、粘着损伤为主, 硬相区以小点蚀坑为主, 900W圆形软硬耦合表面减磨耐磨效果最好; 塑韧好、表面规律分布、一定比例(50%)硬质相能够有效提升和改善材料工作表面抗磨损性能, 改善对磨副接触表面, 进而能够稳定摩擦系数。该研究可为改善40Cr零部件表面磨损提供参考。     

激光相变硬化对离子渗氮层的影响

采用ＸＰＳ研究了３５ＣｒＭｏ钢离子氮化加激光相变硬化复合处理后不同层深处氮的变化。结果指出，复合工艺可在表层获得更深的氧氮化物层，含氮层的深度也将加大，并且与原渗氮层相比可在更深的位置得到氮化物层。     

激光功率密度对Ge烧蚀蒸气动力学特性的影响

建立了一维半导体Ge激光烧蚀模型,对不同功率密度的紫外激光烧蚀半导体Ge的过程进行了模拟,并对计算结果进行了分析,得到激光功率密度对烧蚀过程以及蒸气膨胀动力学特性的影响。结果表明,激光功率密度的变化对烧蚀过程影响非常大。照射的激光功率密度越大,靶的表面温度越高,蒸发深度、烧蚀蒸气温度和膨胀的速度、相应蒸气膨胀的空间尺度也越大,且等离子体屏蔽现象出现得越早。在给定的烧蚀条件下,等离子体屏蔽的阈值在1×108~1.5×108W/cm2之间。     

激光直写法制备条形光波导中的功率密度阈值

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)在Si基SiO2衬底上制备了SiO2-TiO2芯层薄膜,构成了以SiO2为下包层,空气为上包层的平面光波导。利用光纤激光器对平面波导的芯层进行直写,结合后续的化学腐蚀工艺得到了SiO2-TiO2条形光波导,并着重研究了激光直写波导过程中存在的功率密度阈值以及阈值随薄膜预热处理温度的变化关系。研究结果表明,激光直写SiO2-TiO2波导存在起始收缩阈值和烧蚀损伤阈值;随着薄膜热处理温度的提高,两个阈值同时增大,其中损伤阈值的增大趋势要大于收缩阈值;因而薄膜可承受的直写光斑直径变小,所得波导宽度显著减小。最后对直写制得条形光波导的导光性能作了测试分析,验证了波导的三维导光性。     

高功率CO2激光钎焊金刚石颗粒

采用高功率横流CO2激光扫描钎料合金与金刚石颗粒。研究了激光工艺参数对钎焊层结合性能及金刚石热损伤的影响,分析了钎焊层与金刚石结合机制及金刚石颗粒在激光作用下的热损伤机制。研究结果表明,激光功率和扫描速度是影响金刚石热损伤及表面浸润的主要因素。在氩气保护下,粉末厚度为0.5 mm,激光光斑直径3 mm,功率为800 W,扫描速度为8.39 mm/s时,可获得金刚石颗粒、钎料合金、金属基体三者具有最佳结合性能的钎焊层。合金粉末对金刚石颗粒浸润良好,并发生冶金化学反应,生成TiC和SiC。当激光输入能量太高时,金刚石颗粒开始与外界的氧发生氧化反应,在自由能方程中的气体分压下,金刚石一直氧化,直到与氧化物处于平衡状态。这一过程表现为金刚石颗粒石墨化,逐步氧化烧损变成气体。     

原位生成NbC颗粒增强镍基激光熔覆层

激光熔覆技术是金属材料表面强化和改性的有效方法之一。利用该技术,在A3钢表面激光熔覆预置涂层,成功制备出了原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层,并进行了硬度、摩擦性能测试,X射线衍射(XRD)和显微组织分析。扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析结果表明,原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合,熔覆层的组织为先共晶析出的树枝晶(Cr,Fe碳化物相)和原位生成的NbC颗粒相均匀分布在γ(Ni Fe)基体中。硬度测试和摩擦磨损实验表明,激光熔覆原位生成NbC颗粒增强镍基复合涂层平均硬度高达HV0.31200,耐磨性是纯Ni60激光熔覆层的2.5倍。分析认为,其硬度和耐磨性提高的原因在于涂层中形成了大量的、原位生长的NbC颗粒增强相,且均匀分布于基体中。     

快速轴流CO2激光器激光相变硬化处理HT250的研究

用快速轴流CO2 激光器对HT2 5 0进行激光相变硬化处理 ,优化出处理HT2 5 0所需的合理工艺参数匹配 ,并从硬化带尺寸、微观组织形态、硬化带内硬度分布等方面分析了快速轴流CO2 激光器进行激光相变硬化处理过程中 ,工艺参数对硬化区的影响 ;实际试验证明只要工艺参数选取适当 ,轴流激光器也可用于热处理 ;实验中发现当用某些参数处理材料时 ,由于表面张力的作用 ,试样的表面精度有所提高。根据试验结果拟合出所有工艺参数中两个最重要参数 :激光功率密度 q ,激光扫描速度V 的关系曲线 ,给出了相应的公式     

延迟位相在大功率CO_2多模激光束传输与聚焦中的重要性

采用激光光束的延迟位相分析法,研究了大功率CO_2激光束传输与聚焦时光束横截面的大小和光强分布的变换规律。采用大功率激光束光斑质量诊断仪测量了TLP6000型CO_2激光束在不同位置处横截面的大小和光强分布,理论分析与实际测量结果相吻合。根据延迟位相分析法,设计了在焦点附近获得最小的光强起伏变化的光学变换系统。     

激光处理共晶型硼化物显微组织与相变过程分析

本文采用固体渗硼+激光表面处理的复合热处理工艺,使表层得到共晶型硼化物以期降低渗硼层脆性,提高其耐磨性。利用三维热传导偏微分方程验证了工艺参数的合理性。借助扫描电镜和光镜对试样表层、显微组织进行观察,着重分析了渗硼层在激光作用下的行为和相变过程。     

正弦相位调制下多波长掺铒光纤激光器的研究

通过理论分析并实验验证了一种能在室温下实现稳定的掺铒光纤激光器(EDF)多波长输出的方法。通过在线形谐振腔中引入正弦相位调制器。抑制了由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争，从而避免了在室温情况下不稳定的单波长激射。与此同时，线形谐振腔引起的空间烧孔效应也有利于抑制均匀展宽效应。通过取样光纤光栅(SBG)的选频作用，实验中观察到稳定的5个波长的同时激射，相邻波长间隔为0．8nm，符合ITU标准。