毫秒激光致铝靶熔融液体喷溅的角度(2)
3.1毫秒激光作用铝靶的温度场 13
3.1.1温度场沿径向的分布 13
3.1.2温度场沿轴向的分布 14
3.1.3 不同激光能量的径向温度场分布 15
3.1.4熔池形貌及铝靶的熔融情况 15
3.2激光功率密度对喷溅角度的影响 16
3.2.1激光能量对喷溅角度的影响 17
3.2.2光斑半径对喷溅角度的影响 17
3.3数值模拟过程中空间及时间步长的选取 18
参考文献21
1 引言
1.1研究背景和意义
1961年，第一台红宝石激光器面世，从此激光技术的应用与开发便成为了众多科研工作人员所热衷的领域。众所周知，激光具有单色性好、方向性好以及相干性好等优点，它是一种拥有高亮度的光电波。随着航空航天、电子和医疗器械等工业的发展,激光技术的发展已成为不可忽视的一个问题。目前，光纤激光器、单频激光器以及薄盘激光器等一些新型的激光器的出现使其遍及医学、军事、农业及工业等诸多领域。,而为了提高产品的性能，现在许多产品的关键部件都需要设计大量精微孔[1-2]。激光打孔技术以其能量集中度高、可控性好和可针对材料选择高吸收波段激光等优势, 自20世纪60年代产生开始已经在工业生产中得到广泛应用, 成为一种必不可少的加工手段。与电子束、电解、电火花和机械打孔等方法相比, 激光打孔具有效果好、重复精度高、通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显著的优点。这使得国内外学者开始了不少探索,对激光打孔过程的温度场和小孔演化的物理过程进行了建模和分析。但是激光打孔过程的温度场分析是一个伴有相变过程的非线性瞬态热传导问题, 其热传导微分方程的解析求解非常困难。因而在早期参数的选取主要采用先加工、后分析的手段, 导致打孔效率大大降低, 不利于参数的选取和优化[3]。同时，激光打孔也是较早达到实用化的激光加工技术之一[4-5]。利用计算机语言对激光打孔过程的温度场进行分析是一种很好的方法。
对于研究毫秒激光致铝靶熔融液体喷溅角度这个课题，首先对激光和物质相互作用的了解就显得至关重要。类似于激光加工及热破坏等过程，光热作用是物理作用过程中的重要效应，涉及光学、热学、连续介质力学和材料科学多方面的内容。这种作用过程与激光光源、外界环境及材料参数有关。一般而言，在激光辐照靶材的开始阶段，材料吸收激光的能量而导致表面温度上升，超过熔点后部分材料熔化，当温度升高至沸点时出现气化现象，之后温度继续升高，有些材料表面甚至会形成等离子体，当作用激光达到致铝溶液喷溅的阈值时，将有熔融物质喷溅的现象。现在随着更先进的激光器的问世，更多有趣的现象也在实验中被不断地揭示，激光的应用前景也变得更加广阔。
1.2国内外研究进展
1.3 本文的主要工作
采用有限差分法来模拟了长脉冲激光致使铝靶产生温升、熔融等热破坏过程，之后通过改变物理模型中激光的输入参数，数值模拟了不同功率密度脉冲激光所造成的热破坏结果，并对结果进行分析，得到铝靶在激光作用下的破坏程度，分析了造成不同数值结果的原因，从而为实际的激光加工提供一定的参考作用。
2 毫秒激光致铝熔融及气化的基础理论与研究方法
2.1热传导方程
一般来讲，在介质的内部所传导的热量以及传热的时间、传热的截面积还有温度的梯度都是成正比关系的。假设在 时刻，某一点 的温度是 ，则可以得知在 的时间内通过横截面积 所传导的热量是：