20. Основные факторы, определяющие поглощательную способность материалов при лазерной обработке с характеристикой взаимосвязей, способы ее измерения.
длина волны излучения и электропроводность
В общем случае поглощательная способность зависит от электропроводности материалов:
σ0 – удельная электропроводность материалов
Для излучения коротковолновой области спектра (ультрафиолетовая область λ < 0,4 мкм, эксимерные лазеры λ = 0,2 мкм) характерна высокая поглощательная способность практический для всех материалов, как диэлектриков, так и проводников.
Для видимого диапазона и ближней инфракрасной области 0,4 < λ < 5 мкм (Ar, на парах меди, алюмоитриевый гранат YAG:Nd, рубин, He-Ne, YAG) характерна низкая поглощательная способность на уровне 20-25% как для металлов, так и неметаллов – необходимы специальные меры повышения поглощательной способности.
Для излучения с λ > 5 мкм (СО, СО2): диэлектрики практический имеют 100% поглощение; металлы имеют плохую поглощательную способность на уровне 20-25%.
Для повышения эффективности обработки металлов нужно принимать специальные меры, например, на металл нанести диэлектрическое покрытие.
температура
С увеличением температуры поглощательная способность существенно растет особенно сильно для длины волны λ = 1,06 мкм. Поскольку температура поверхности зависит от ряда факторов, например:
теплофизические свойства – чем больше теплопроводность материала, тем поглощательная способности будет меньше. Например, закаленная сталь имеет поглощательную способность выше, чем сырая;
от режима облучения – с увеличением диаметра пятна фокусирования увеличивается поглощательная способность. Поэтому, что увеличение А наблюдается из-за превалирующего влияния увеличения площади нагретого материала поглощающего излучение.
3.Шероховатость поверхности
Увеличение шероховатости поверхности, микронеровностей приводит к росту поглощательной способности, но до определенных пределов. Например, обработка шлифованной шкуркой с определенной зернистостью определяющей глубину и конфигурацию микровпадин может повысить поглощательную способность строго определенной длины волны до 35-45% не больше.
4.Нанесение покрытий
При ПО для увеличения поглощательной способности применяют различные поглощающие покрытия. При этом их эффективность зависит от химического состава, пористости и толщины.
21. Влияние свойств лазерного излучения и обрабатываемого материала на поглощение; методы его увеличения.
длина волны излучения и электропроводность
В общем случае поглощательная способность зависит от электропроводности материалов:
σ0 – удельная электропроводность материалов
Для излучения коротковолновой области спектра (ультрафиолетовая область λ < 0,4 мкм, эксимерные лазеры λ = 0,2 мкм) характерна высокая поглощательная способность практический для всех материалов, как диэлектриков, так и проводников.
Для видимого диапазона и ближней инфракрасной области 0,4 < λ < 5 мкм (Ar, на парах меди, алюмоитриевый гранат YAG:Nd, рубин, He-Ne, YAG) характерна низкая поглощательная способность на уровне 20-25% как для металлов, так и неметаллов – необходимы специальные меры повышения поглощательной способности.
Для излучения с λ > 5 мкм (СО, СО2): диэлектрики практический имеют 100% поглощение; металлы имеют плохую поглощательную способность на уровне 20-25%.
Для повышения эффективности обработки металлов нужно принимать специальные меры, например, на металл нанести диэлектрическое покрытие.
Для повышения поглощательной способности материалов при лазерной поверхностной обработке можно использовать следующие методы:
повысить температуру (мощность) в зоне обработки;
увеличить шероховатость поверхности;
нанесение поглощающего покрытия.
Первые два метода имеют незначительный эффект. Поэтому основным методом повышения поглощательной способности является третий метод.
При ПО для увеличения поглощательной способности применяют различные поглощающие покрытия. При этом их эффективность зависит от химического состава, пористости и толщины.
Оптимальная толщина покрытий обеспечивает полное поглощение лазерного излучения при двукратном прохождении прямого и отраженного от материала основы излучения. Ее значение для покрытий, наносимых окрашиванием, напылением составляет 20-30 мкм; для покрытий, получаемых химическим оксидированием, фосфатированием она составляет 4-5 мкм. При толщине меньше оптимальной часть излучения отражается. При толщине больше оптимальной покрытие начинает поглощать интенсивно излучение и разрушатся (сгорать), в результате чего увеличиваются потери за счет отражения.