本文關(guān)鍵詞：飛秒激光與CuZr非晶合金相互作用的分子動力學(xué)模擬研究

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【摘要】：非晶合金是這幾年材料學(xué)研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn),它具有突出的物理化學(xué)性能,應(yīng)用前景廣泛。由于非晶合金處于亞穩(wěn)態(tài),其優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能會隨著非晶合金的結(jié)構(gòu)弛豫和晶化發(fā)生變化,如果加工過程中晶化,它獨(dú)特的性能將消失,相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明,合適參數(shù)的飛秒激光有可能實(shí)現(xiàn)非晶合金的無晶化加工。本文采用結(jié)合雙溫模型的分子動力學(xué)方法,數(shù)值模擬了脈寬為200 fs的不同能量密度激光與Cu Zr非晶合金靶材相互作用,獲取了不同能量密度下,靶材的溫度壓力等物理量的變化以及蝕除過程的原子位置變化圖像,較清晰的呈現(xiàn)了靶材的去除過程。這對飛秒激光微納加工技術(shù)非晶合金加工中的應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)作用,同時也為相關(guān)的研究提供了理論參考。論文主要工作及結(jié)論如下:(1)在系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外超快激光與材料相互作用理論和超快激光加工技術(shù)的進(jìn)展及現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了本課題采用的研究方法及數(shù)值求解過程,完整列出了模型的參數(shù)以及初始條件和邊界條件。(2)選取Mendelev擬合的MKOS勢函數(shù),采用結(jié)合雙溫方程的分子動力學(xué)方法來研究飛秒激光與非晶合金的相互作用,在此基礎(chǔ)上,選取Lammps軟件編寫程序并驗(yàn)證,使之能夠可靠地模擬飛秒激光和非晶合金的相互作用過程。整理數(shù)據(jù),提取感興趣的物理量,包括溫度,壓力和原子位置信息等。(3)通過對數(shù)據(jù)的分析,總結(jié)了飛秒激光輻照Cu Zr非晶合金材料的熱能弛豫過程和熱傳導(dǎo)機(jī)制。發(fā)現(xiàn)飛秒激光輻照下,非晶合金比晶態(tài)單質(zhì)金屬Cu、Ni等的加熱速度慢,且靶材出現(xiàn)了周期性地膨脹-收縮的現(xiàn)象。對熱傳導(dǎo)機(jī)制的深入分析,揭示了能量傳遞機(jī)制除了電子體系對光子的吸收-電子體系與原子體系能量耦合意外,原子體系溫度還要受到材料內(nèi)熱沖擊波的影響。(4)分析了不同激光能量密度下的材料蝕除機(jī)制。發(fā)現(xiàn)在30-1002cm/m J激光作用下,材料內(nèi)部都出現(xiàn)了空泡,并且空泡的平均大小和數(shù)目隨功率密度而變化。分析了不同能量密度下成核過程的幾種不同機(jī)制,以及靶材熔化、散裂和分解的機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG139.8

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本文編號：1260304