金属基陶瓷复合材料的激光热冲击破坏效应

研究了激光热冲击条件下静态受拉Sic颗粒增强6061铝合金材料的热断裂行为。热冲击用的激光束的脉宽分别为1.0ms和250μs, 激光束辐照在缺口的根部附近。对于热冲击下裂纹的产生及扩展进行细致的宏、微观观察,发现裂纹的产生和扩展的机制是不相同的。     

激光冲击陶瓷中反射拉伸波破坏的预防

激光冲击过程中,反射拉伸波一直都是造成材料失效的主要破坏模式。为了进一步分析陶瓷材料的冲击性能,控制拉伸波对材料造成的破坏,从而最终达到改善其脆性的目的,使用高功率钕玻璃脉冲激光器对Al2O3陶瓷进行了冲击试验。通过在Al2O3试样背表面粘贴胶带,发现陶瓷表现出与无粘贴状态下完全不同的破裂模式。使用扫描电子显微技术观察其断口形貌并结合理论分析,发现粘贴胶带以后,对背表面的反射拉伸波能量有相当程度的衰减,大幅减少了拉应力的作用。通过计算表明,这种背面粘贴的胶带可降低冲击波能量到反射前的40％左右,这样就可以通过降低反射波能量来大幅减少拉伸波造成的灾难性脆断。     

脉冲激光对类金刚石（DLC）薄膜的热冲击效应研究

强激光辐照红外热像系统时，可造成系统的干扰和破坏，激光的波长不同，对系统的破坏效果也不同.为了保护红外系统窗口以及提高窗口的透过率，红外窗口广泛沉淀类金刚石（DLC）薄膜.当入射的激光波长位于红外系统响应波段外时，激光对系统的破坏首先是激光对DLC薄膜的破坏.以波长为1.06μm的激光为例，研究了脉冲激光对DLC薄膜的损伤机理，建立了DLC薄膜的热冲击效应模型，并通过求解热传导和应力平衡方程，得出了薄膜的温度场和应力场分布.理论分析表明，热应力破坏在脉冲强激光对DLC膜的损伤机理中占主导地位.当 辐照能量密度为E₀=100mJ·cm^-2时，在薄膜表面距光斑中心约 40μm区域内的压应 力明显超出其断裂强度，将造成膜层的剥离、脱落.理论分析与实验结果基本相符，表明建 立热冲击效应模型的正确性. 关键词： 激光辐照 类金刚石（DLC）薄膜 热冲击效应     

波段外脉冲激光对锗透镜热冲击效应的数值与实验研究

基于热传导及热弹性力学的基本关系式,建立了激光辐照锗透镜的热力耦合数学物理模型,对瞬态热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,得到了锗透镜的温度场和应力场分布,并利用波长1.06 μm,脉冲宽度10 ns的Nd∶YAG脉冲激光对锗透镜进行了热冲击实验研究.数值分析表明,热应力损伤在锗透镜的脉冲强激光损伤中占据主导地位,在短脉冲激光辐照下,锗透镜出现热应力损伤的激光能量密度小于出现熔融损伤的激光能量密度,热应力损伤主要集中在光斑中心区域并体现为压应力损伤,将使材料表面出现裂纹或剥落,实验结果与数值分析基本相符.     

强激光对铜反射镜的热破坏效应

本文给出了一个激光对光学材料表面热破坏效应的简化物理模型及数值研究结果。所得到的铜反射镜热破坏阈值与激光脉宽的关系与实验和理论符合很好。提出了反射镜后表面外冷却临界厚度的概念,并得到一个关于多脉冲积累效应的幂定标关系。     

光学材料连续波激光热—力破坏效应

着重研究连续波激光对光学窗口材料的热－力破坏，由于激光对光学材料的不均匀加热，造成材料内部产生热应力，而加热的进一步发展，可诱发材料宏观破坏，热－力破坏与激光辐照功率和材料本身热性质有关。文中还研究了玻璃钢化对材料抗激光损伤的影响。     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷靶破坏过程的SPH数值模拟

 陶瓷材料因具有低密度、高强度和高声速等良好的力学特性,被广泛应用到军事、航空航天和舰船防护等领域。为了研究氧化铝陶瓷靶板在强冲击载荷下的破坏性能,利用AUTODYN软件,采用光滑粒子流体动力学求解器对钨合金弹丸撞击氧化铝陶瓷靶过程进行模拟计算。将模拟结果与实验结果进行对比可知,模拟结果与实验结果非常吻合,说明所采用的计算方法正确。该研究方法为分析氧化铝陶瓷在强冲击载荷下的破坏特性提供了一种方便的途径,节省了研究时间和研究成本,提高了研究效率。     

金属基高温超导体复合材料临界电流密度的估算

对由高温超导体微块嵌于金属基中而形成的复合体的临界电流密度 J_c 进行了估算.结果表明,J_c 与金属基的电导率、超导体的非等轴性以及复合体中超导体的含量成正比.在判据 1μv/cm 和金属基电阻率为 10~(-7)Ωcm 的条件下,77K 和零场下的 J_c 值可超过10~4A/cm~2.指出了复合体其他的优点.     

多脉冲激光对胶合透镜热破坏效应研究

具有一定强度的激光辐照胶合透镜时可造成透镜的破坏.建立了多脉冲激光与材料相互作用的一维非稳态温度场模型，计算了瞬态温度场分布，并对胶合透镜前表面的熔融和胶合材料的软化进行了数值模拟研究.利用频率为10Hz，脉冲宽度为200ns，峰值功率为20MW的CO₂激光对胶合透镜进行辐照实验研究.实验表明，当激光辐照时间为12s时，胶合透镜前表面发生熔融破坏；当照射时间为30s时，胶合材料发生软化并出现彩色斑纹，透镜完全破坏，理论分析与实验结果相符. 关键词： 胶合透镜 激光辐照 激光破坏     

Metal Matrix Composites for Thermal Management: A Review

The most challenging objective in the electronic industries is to develop materials that demonstrate a tunable thermal property with today's microelectronic devices. The development of composite material with balanced thermal properties is highly appreciated and currently competing the traditional monolithic conductive material. However, the tailored thermal properties of the composite are significantly influenced by the composites constituents and their fabrication routes. This article presents a review of thermal properties of particulate as well as fiber-reinforced composite proportional to matrix microstructure, reinforcement architecture. The processing techniques used to fabricate composites have been addressed with an objective to achieve suitable thermal properties. The developments in the analytical and numerical simulation approach to predict the thermal conductivity and CTE of the developed composites have been critically reviewed. Lastly, future work needs attention is summarized.     

Modification of a Theoretical Model for the Prediction of the Thermal Expansion Behavior of Particulate Composites: Application to Poly(vinyl chloride)/Talc Composites

The coefficients of thermal expansion (CTE) of poly(vinyl chloride) (PVC)/talc composites were tested and the experimental data showed that the CTE of PVC/talc composites were closely related to the talc particle size and its distribution; for a given talc volume fraction, the smaller the talc particle size, and the lower the CTE of the PVC/talc composites. The theoretical equations proposed by Sideridis and Papanicolaou and by Lombardo, which were based on a single, spherical particle size, were found to predict well the CTE of PVC/talc composites, but with the obtained interphase thicknesses were too large to be believed. In order to overcome the shortcomings of these equations, being without variation of filler particle size and its distribution, a modified model was proposed. It was found that the modified model can predict well the CTE of PVC/talc composites, with almost the same and more reliable interphase thicknesses for different talc particle sizes, confirming the correctness of the modified model to some extent.     

光学窗口材料激光辐照热-力效应的解析计算研究

建立了高功率连续激光辐照透明光学材料的热力学模型,通过积分变换方法求解三维热传导方程,得出了激光辐照引起的瞬态温度场分布的精确解析解,并在此基础上进一步求得热应力场的瞬态分布。以1.315μm的高能氧碘激光辐照熔石英玻璃为例,计算了熔石英在激光辐照下的温度场与热应力场分布,分析了其激光损伤机理。研究结果表明由于熔石英具有优良的热稳定性,温度不均匀分布所产生的热应力相对较小,激光损伤主要是受辐照区域温度值超过材料熔点发生熔融破坏。理论分析结果与相关的实验结论一致,说明所建立激光辐照效应模型的合理性。     

飞秒脉冲激光作用下金属薄膜的热弹性研究

利用双曲-双温两步热传导和热电子崩力模型,考虑到晶格温度与应变速率的耦合效应,得到了用于描述飞秒激光作用下金属薄膜热力效应的超快热弹性模型。以飞秒脉冲激光辐照金属铜薄膜为例,运用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,对不同能量密度和脉冲宽度条件下薄膜体内温度场和应力场的变化规律进行了数值模拟,对比分析了电子晶格耦合系数对超快加热过程的影响。结果表明,飞秒脉冲激光辐照早期为明显的非平衡加热过程,电子温度迅速升高,而晶格温度的升高却相对较慢;激光辐照早期的热力耦合效应导致薄膜前表面附近的热应力表现为压应力,随着时间的推移,热应力由压应力转变为张应力,为激光加工和激光对抗提供了理论参考。     

热透镜对铜蒸气激光振荡器与放大器输出光的影响

用几何光学传输矩阵方法和讨论了热透镜对铜蒸气激光非稳腔振荡器和放大器输出特性的影响，获得了与实验相符的计算结果，并提出了在振荡－放大链内热透效应的补偿方法。     

封装热应力致半导体激光器“Smile”效应的抑制方法

封装热应力所致smile效应是阵列封装大功率半导体激光器中普遍存在的问题。为解决这一问题,本文在研究smile效应产生机理的基础上,提出采用错温封装技术和热沉预应力封装技术降低smile效应的措施。以某808nm水平阵列封装半导体激光器为例,采用仿真分析的办法研究了上述技术的可行性和有效性。仿真分析表明,采用传统封装技术,在恢复至室温22℃后,芯片smile值约为39.36μm,采用封装前升高芯片温度至429℃的错温封装技术,可以将smile值降至1.9μm;若采用热沉预应力技术,对热沉的两个端面沿长边方向分别施加190 N的拉力,可以将smile值降至0.35μm。结果表明,这两种封装措施是有效的。错温封装技术和热沉预应力封装技术具有易于实现的优点,其中热沉预应力技术对于各种smile效应类型和不同的smile值都可以调整和修正。