Динамика приповерхностной лазерной плазмы при воздействии излучения на материалы в газах повышенного давления тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

\ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ

ИМ. А.А.БАЙКОВА

На правах рукописи УДК 621.43 •

СМИРНОВ Алексей Львович

ДИНАМКА ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА МАТЕРИАЛЫ В ГАЗАХ ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 01.04.08. - физика и химия плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1990

\.гг,;.п работа выполнена в институте металлургии

'':'.*.'-; ИМ.А.А.БАЖОВА АН СССР

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Углов A.A.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Киселев М.И.

Ведущая организация: Московский Энергетический Институт

часов на заседании Специализированного совета Д003.15.02 при Институте Металлургии им. А.А.Байкова АН СССР по адресу: I17911, г.Москва, Ленинский проспект, 49, ИМЕТ АН СССР

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Металлургии АН СССР.

Автореферат разослан " ¿У « I99Q г.

доктор физико-математических наук Столяров С.Н.

Защита состоится

Ученый секретарь Специализированного совета ДООЗ.15.02 кандидат технических наук

К.В.Григорович

Актуальность. В настоящее время лазерная технология интенсивно внедряется в промышленность. Вместе с широко известными областями применения лазеров, такими как резка, сварна, пайка и т.д., разрабатываются и новые направления технологии, основанные на новых физических явлениях, цель которых заключается в существенном улучшении эксплуатационных свойств материалов.

Лазгрно-плазмснная обработка материалов в газах погашенного даплоння, основанная на комплексном воздействии лазерного излучения и приповерхностной лазерной плазмы на поверхность материала, одно из таких направлений. Г)ри этом на поверхности мишени лазерное излучение и приповерхностная лазерная плазма инициируют реакции, способствуйте формированию нитридов, карбидов, восстановлению металлов из окислов и окислению материалов."

дня эффективного внедрения з промышленность процессов лазерно-плазненной обработки материалов необходимо всосторон-не изучать явления в приповерхностной лазерной плазме, возникающей при воздействии лазерного излучения на материалн в газах попоенного давления. Исследование приповерхностной лазерной плазмы в газах повышенного давления проводилось методами скоростной фоторегистрации, зовдовой и лазерной диагностикой, что приносило лишь качественные результаты. Для дальнейшего' изучения приповерхностной лазерной, плазмы целесообразно применить болео информативный метод голографической интерферсЛга-трии.

Немаловажное значение имеет исследование дипамики приповерхностной лазерной плазмы в процессах конденсации в эрозионном факеле в газах повышенного давления. •

Актуальным является также изучение динамики оптического

упаренной питэнсивно-

Цсль данной работы: экспериментальное исследование комплекса физических явлений в приповерхностной лазерной плазме, возникающей при лазврно-плазменной обработке материалов в газах повышенного давления и определение основных этапов формирования приповерхностной лазерной плазмы.

Основные задачи работы:

- создание универсальной интерференционной голрпрафичес-

кой установки для исследования процессов лаэерно-плазменной обработки материалов в газах при давлении 0,1-6 Ша;

- исследование особенностей формирования приповерхностной лазерной плазмы в газах повышенного давления;

- исследование процесса конденсации, при лазерном восстановлении, окислении и испарении материалов в газах повшюнно-го давления

КаучнаЛ новизна и защищаемые положения:

1. Развитие методик:: импульсной двухэкспозиционкой голо-графической интерферометрии для исследования приповерхностной лазерной плазмы в процессах лазерно-плазменной обработки материалов в газах повышенного давления,

2. Б газах повышенного давления, до начала интенсивного испарения, формируется плазменный объект новой формы, названный приповерхностной стелющейся лазерной плазмой, располагаю-:-;иРсг вдоль поверхности металлической мишени слоем толщиной до 3 1,5.» и покрывающий пега поверхность мишени по площади, значительно превыа;аю!ций пятно фокусировки лазохдюго излучения.

3. В области пятна фокусировки лазерного излуиения ьбли-зи поверхности металлических мишеней возникает автоструктура, которая может вызывать трансформацию энергии лазерного излучения в анергию плоских ударных волн и электромагнитного поля, генерирующего приповерхностную стелющуюся лазерную плазму.

4. Существует критическое давление газа, при котором происходит смена механизма истечения паров при лазерном воздействии на материалы в газах пог,пленного давления.

5. В процессах лазерного восстановления, окисления и испарения материалов в газах повышенного давления формируется фронт конденсации, аналогичный конденсационному скачку при лазерном испарении в вакуум.

Научная и практическая цокность.

1. Развита методика двухэкспозиционной топографической интерферометрии, успешно применяемая для диагностики лазерного воздействия на материалы в газах повышенного давления.

2. Экспериментально обнаружено формирование плазменного объекта новой формы в газах повышенного давления до начала интенсивного испарения мишени.

3. ¡экспериментально обнаружено возникновение в области пятна фокусировки лазерного излучения вблизи поверхности из-

теллических мишеней аптосгруктуры, которая может вызывать трансформацию энергии лазерного излучения в янергию плоских удярта волн и ялектромагнитного поля, генерирующего приповерхностную стелющуюся лазерную плазму.

4. ¡экспериментально подтверждено образование фронта конденсации при лазерном испарении, окислении, восстановлении в газах ношлиешого данления, аналогичного конденсационному' скачку при нормальных условиях.

Ь. Зкспериментальио установлено, что существует критическое давление газа, при котором происходит смена механизма истечения пароя при лазерном воздействии на материалы в газах повышенного давления,

6. Показала объективность применения двухакспозиционной голографичпской интерферометрии для диагностики приповерхностной лазерной плазмы в газах повышенного давления.

Основные результаты диссертации обсуждались на научных семинарах института металлургии им. А.А.Байкова АН СССР, Института Общей Физики АН СССР, докладывались на У1 Симпозиуме по Плазме /г.Сан лиего, Калифорния, США, 19Б6/, Всесоюзной 'конкуренции "Современные проблемы физики и ее приложении" /Москва, 1987/, всесоюзном семинаре Физика и химия обработки материалов концентрированными потоками энергии" /Москва, 1988/, Всесоюзном семинаре "Лучевые методы сварки и обработки материалов" /Москва, 19Ь7/, Всесоюзном семинаре "Лазерная техника и технология" /Вильнюс, 1988/, Всесоюзном семинаре "Оптические методы исследования потоков" /Новосибирск, 1989/., научной конференции МИФИ /Москва, 1987/.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах.

Вклад автора. Изложенные в диссертация результаты исследований получены лично автором или в соавторстве при его непосредственном участии. -

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Содержит II? страниц, 32 рисунка, И таблицы и список литературе из 119 наименований.

- б -

СОДЕЕйАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы. Показывается необходимость диагностики приповерхностной лазерной плазмы в газах поваленного давления методами голографической интерферометрии. Сформулирована цель работы и защищаемое положения.

ГлаЬа I. Подробна рассматриваются работы, посвящонные исследованию приповерхностной лазерной . плазмы при воздействии лазерного излучения на материалы. Разобраны основные этапы оптического пробоя, такие как: появление затравочных электронов, лавинная ионизация газов, формирование плазменного облака; эволюция плазмы и взаимодействие с падающим излучением. Приводятся работы, направленные на изучение формирования приповерхностной лазерной плазмы в гаэых повышенного давления.

Приповерхностная лазерная плазма имеет относительно малые размеры и время жизни, обладает большими скоростями изменения физических параметров, что делает ее одним из наиболее сложных объектов исследования и накладывает определенные требования к методам диагностики.

Совокупность методов диагностики позволяет изучать следующие основные параметры приповерхностной лазерной плазмы: концентрацию заряженных частиц - ионов, электронов, температуру факела, диэлектрическую проницаемость, коэффициент поглощения излучения, сопротивление. Эти параметры определяют взаимодействий приповерхностной лазерной плазмы с лазерным излучением, о окружающим газом, с поверхностью мишени и в достаточном объеме характеризуют плазменный факел.

.Далее исследуется возможность применения тех или иных методов диагностики приповерхностной лазерной плазмы, среди которых особое место занимают оптические, интерференционные и голографические »штер$врвнционные. Делается вывод о необходимости применения метода двухэнспоэиционной голографической интерферометрии для диагностики приповерхностной лазерной пла змы в газах повыиенного давления. Приводятся отличительные особенности метода голографической интерферомётрии. и. его преимущества при диагностике лазерной плазмы в газах повышенного давления. Рассматривается конкретная схема голографического интерферометра сфокусированного изображения. Приводятся'необходимые рекомендации для построения и настрой!« схемы интер-

ферометра. Обработка восстановленных интерферограмм заключа-втса в определении по сдвигу интерференционных полос изменения показателя преломления. Вклада каждого сорта частиц в изменение показателя преломления определяются в конкретных условиях с учетом внешних факторов. Таким образом, по отклонению интерференционных полос вычисляется изменение показателя преломления, а затем концентрации тяжелых частив, ионов и электронов. Литературный обзор определил наименее изученные физические явления при лазерной обработке в газах повышенного давления и позволил сформулировать цель и задачи исследований.

Во второй главе описывается экспериментальная установка для исследования приповерхностной лазерной плаг\мы, возникающей при воздействии лазерного излучения в газах псвьшенного давления. Установка состоит из лазера для облучения мишеней, импульсного двухэкспозиционного голографического интерферометра сфокусированного изображения, схем восстановления и обработки интерферограмм стандартными оптическими методами, блока измерения энергии лазерных импульсов, блока синхронизации и камеры повышенного давления. В камеру повышенного давления поменялись обрабатываемые образцы, после чего она наполнялась газами до давления 5 Ша. Камера повышенного давления размещалась на координатном столе, обеспечивавшем перемещение в плоскости интерферометре. Сложность построения оптической схемы голографичесхого интерферометра заключалась в необходимости уменьшения разности хода предметной и опорной ветви'ин-терферометра меньше длины когерентности излучения рубинового лазера и возможности выбора минимального угла между опорной и предметной ветвьо.

ГолографическиП интерферометр сфокусированного изображения обеспечивал статическое пространственное разрешение не хуже 50 мкм. Схема синхронизации позволяла привязать зондирующие импульсы рубинового лазере к итульсу лазере на стекле с неодимом с точностью не хуже I икс.

В Главе 2 также рассматриваются методы обработки восстановленных интерферограмм. Вычисления показателя преломления фазового обгекта проводились численными методами.

Исследования свойств обработанные материалов проводилось методами рентгеноструктурного анализа, электронной и оптической микроскопии, металлографическими методами.

- в -

В Главе 3 рассматривается формирование приповерхностной лазерной плазмы при воздействии лазерного излучения на материалы а газах повышенного давления.

Приповерхностная лазерная плазма - физическое явление, пключшоп'.ее в себя и эрозионную лазерную плазцу, и оптический пробой. Голографические исследования процессов лазерно-плаз-ыенного синтеза материалов в контролируемой атмосфере и газах поваленного давлений в ранние моменты времени были направлены иа изучение динамикй каждой из компонент приповерхностной лазерной плазмы - эрозионной лазерной плазмы и оптического пробоя. 'Для этого проводились эксперименты по описанной выше методике кап при нормальном падении лазерного излучения на мишень, так и при падении лазерного излучения под углами 60° и 45°, Исследовались следующие втапы формирования приповерхностной лазерной плазмы: испарение ммиенн, формирование эрозионной лагерной плазмы, возникновение и развитие оптического пробоя, взаимодействие оптического пробоя и эрозионной лазерной плазмы.

Отмечается, что голограммы вначале взаимодействия лазерного излучения и мишени экспонировались с временным интервалом 10 мкс. Иктерферограммы, вшолнекные в полосах бесконечной ширины, помогали визуализировать фронты приповерхностной лазерной плазмы. ИнтерфорограмкМ в полосах коночной ширины лучше служили при определении фазовых набегов. Поэтому при одной я той же эадерхке диагностирующего ьмпульса рубинового лазера относительно начала действия излучения обрабатывайте: лазера экспонировались голографические ннтерферограммы в по» лосях бесконечной и конечной ширины,

Голографические кнтерферограммы впервые позволили уста новлть, что при воздействии лазерного излучения на мегамич с кие мшеии в газах повкаенного давления до начала испарени мишени возникав? плазменный объект новой формы. Основная оо бенность данного объекта замотается в том, что он располаг ется вдоль поверхности мйшеНЛ й покрывает всю поверхность мишени слоем толщиной до 1,5-3,0 мм.

Далее разбирается стелющийся характер распространения нового объекта вблизи поверхности шепни, которШ лучша вс< передается названием - приловерхноотная стелящаяся лазерна! плазма.

Показывается, что плазменный объект, для краткости названный приповерхностной стелющейся лазерной плазмой, не возникает при воздействии лазерного излучения на неметаллы в газах повышенного давления.

Приповерхностная стелющаяся лазерная плазма возникает через 50 икс после начала действия лазерного излучения на металлы и формируется вблизи всей поверхности мишени за время не более 2 мне равномерным слоем толщиной 1,5-2,0 т. Одновременно с появлением приповерхностной лазешой плезмы еозни-кбют плоение ударные волны. Скорость распространения плоских ударных поли колеблется ь пределах /1,2-1,5/Ы, где К - число Маха.

В более поздние моменты времени /100 мке/ начинает формироваться эрозионная лазерная плазма. Процесс кспароьия на-терипла мишени и ионизации паров сопровождается генерацией сферических ударных роли. Поэтому начало испарсни;/ миггени, когда пари отошли от поверхности Па расстояние меньше разрешаемого интерферометром, хороп;о отмечается появление первого фронта сферической ударной ао.тнк. Каядая сферическая ударная волна генерируется за счет отдельного пичка приблизительно мжросезсуидпоП длительности а излучении лазера, работающего ъ режиме свободной генерацич.

Далее подтверждается предположение о плазменной природе нового объекта - приповерхностной стелющейся лазерной плазмы. Описываются результата экспериментов, в ходе которых на кЛяемь подавался отрицательный потенциал.

При подаче отрицательного потенциала на мишень в диапазоне от -50 В до 0 В приповерхностная стелющаяся лазерная плазма не формировачнсь ни в одном случае в рассматриваемых -условиях при потенциале -50 В и появлялась при уменьшении отрицательного потенциала до нуля.

Приповерхностная стелющаяся лазерная плазма распространяется па обратную сторону мишени, концентрация электронов £ приповерхностной стелющейся лазерной плазме на обратной стороне мишени отличается ст концентрации на передней стороне. Особенно это заметно в ранние моменты формирования плазмы / 50 мне/ и, когда приповерхностна^!" стелющаяся лазерная плазма возникает при увеличении потенциала миаени до 0 В. В та-кпх случаях концентрации электронов могут отличаться•более

чем в Э раза.

Проведены упрощенные оценки испарения шшеней под действием лазерного излучения интенсивностью 10^ -10^ Вт/лг. Для итого использовалась модель, в которой учитывалось образование пленки расплава на поверхности мишени, Математическое моделирование выполнялось с помощью уравнения теплопроводности для конденсированной среды в подвижной системе координат, связанной а границей, на которой происходит испарение. В модели но учитывалась времишая структура Окормы импупьса.

Таким образом, в) третьей глазе устанавливается. что процесс "формирования припоперхностпой стелющейся лазерной шшяш! не связан с процессом испарения иигаени, так как испарзние шй'ни начинается значительно позяо / 1&0-?.00 икс/ возникновения приповерхностной стелющейся лазерной п;;ьгмы/ 50 мкс/.

Помимо пла8мообразования новой формы - приповерхностной стелгт|бйся лазерной плазмы, покрывающей рсп поверхность плени, в газах лепгаенпого давления в области пятна фокусировки о помощью голографической интерферометрии была визуализирована автоструктуря, которая возникает вблизи поверхности ыишчни в области пятна фокусировки,

Аьтос.трук'хура имеет ограниченные размеры, не нрзвкяшкцие Зй, где£> - дкачэтр пятна фокусировки. Характер изменения показателя преломления в аьтоструктурэ показывает, что пн определяется электронной компонентой.

Автоструктура формируется в момент времени 50 икс относительно начала дсИствкя лазэриого излучения на мишень,

Лвтострултура козншеает у?е при давления гая о а 0,1 Ша. При повышении давления /?. - 5 Ша/ на фоно автоотруктуры начинает формироваться нриповорхпостная стелющаяся ¿азерюя плп-зка.

Детальные исследования показали, что плоские ударные еолнн генерируются автоструктуроЯ, так как они регистрируют в диапазоне давлений газов ОД-?,О Ша, когда существует автоструктура в области пятна фокусировки, а пршоверпюоц-ная стелющаяся лазерная плаама еще не сформировалась.

Отмэчается колебательный характер изменение пскрчмтсдя прэлоалепия и диаметра автоструктура.

В тратьэй главе такае рассматривается формирование эрозионной лазерной плазмы.

Исследования приповерхностной лазерной плазмы при воздей-.ствии лазерного излучения на мишени, расположенные под углом к оси луча, позволили пространственно отделить область, занятую эрозионной лазерной плазмой, от области оптического пробоя и ирипссерхностпой стелющейся лазерной плазмы. Эрозионная лазерная плазма распространяется по нормали к поверхности ми-пени, оптический: пробой - по направлению гревцого излучения, припопархноптсця стелющаяся лазерная плазма - параллельно поверхности мишени. Эти факты, а также высокая точность построенного гологра|)!1ческого интерферометра сфокусированного изображения обеспечивают хорошее разрешение компонентногс состава приповерхностной лазерной плазш, что дает возможность детально изучить не только динамику а розненной лазерной плаэш, но и ее взаимодействие с оптически« пробоем и приповерхностной стелющейся лазерной плазмой,

Голографическ.чя интерферометрия показала, что через 150-1?0 мне поые начала действия лазерного излучения возникает сферические ударные волны, которые генерируются в области пятна фокусировки п отмечаю* начало испарения материала мишени. Период следования сферических ударных волн соответствует периоду личков и лазерном импульсе и составляет примерно I икс. На порах мииепи формируется эрозионная лазерная плазма.

Эрозионная лазерная плаяма в промежуток времени 150-200 нко сосредотачивается у поверхности мишени и не превосходит по толщине слой прлловврхнистной стелющейся лазерной шгсшы и гвтоструктура. В период времени 200 - 3EQ ккс эрозионная яа~ зоркая плазма увеличивается в размерах,' разрывает слой припо-Еертностни!! стелющейся лазерной плазы.? к /или/ аптоструитурм, б зависимости от давления окрукамрго газа и удзллетея от поверхности мишени на 3 - 5 ш. Характер разлета эрозионной лазерной плазш меняется при повышении давления от 0,1 Ша до 5 Ша. При давлениях близких к атмосферному набладаетея стру-йний характер раа serta эрозионной лазерной плазма, г.ояориЯ ш-¡¡яотся на диффузионный при повышении давления.

Йсследосание динамики приповерхностной лазерной плазш в газах прч давлении да 5 МПа методом скоростной фоторегистрации показали, что оптический пробой фор?я;руется на парах материала нгапени, причем порог формирования оптического пробоя понижается о увеличением давления и при давлении 2 Ша

составляет Ю10 Вт/М2.

Приведенные в главе результаты позволяют установить, что оптический пробой в газах повышенного давления может развиваться при интенсивностях излучения на один-два порядка меньше, описанных ранее. Оптический пробой возникает при интенсивности лазерного излучения •v 10^ Вт/м4 не непосредственно на парах материала »¡глени, а на сконденсировавшемся из них аэрозоле. ;

Аэрозоль образовался в результате конденсации продуктов испарения мишени при действии лазерного излучения на мишень. Концентрация аэрозоля и камере повышенного давления увеличивалась благодаря неоднократному облучению мишени. Оптический пробой на аэрозоле формировался, когда достигалась некоторая критическая плотность аррозоля.

В конце третьей главы обсуждактся результат) i исследования свойств материалов после воздействия лазерного излучения методами уентгеноетруктурного анализа, электронной и оптической микроскопии, металлографии.

Глава ■! посвящена динамике процесса конденсации при лазерном восстановлении, окислении и испарении материалов г> тарах повышенного дачЛеиил. В ¡reí! установлено, что в гам;; пониженного давления в парогазовом облаке возникает фронт конденсации, аналогичный конденсационному скачку. Исследована динамика фронта конденсации при действии лазерного излучения на мишень в газа?; покыпюииого давления.

Вццелено несколько основных этапов нроцессн. лазерного восстаноплония металлов на примере триоксида вольфрма. Первый этап - нагров мнпени и испарение триоксида вольфрама с формированием парогазового облака. Восстановление триоксида вольфрама до металлического вольфрама происходит в основном з парогззоиой фазе. Второй этап - формирование фронта•конденсации, третий этап - релаксация. Первый этап длится примерно ISO мкс. Скорость разлета паров на этом этапе в зависимости от реяима облучения составляет 10-100 м/с. Второй ог?ап начинается через IfcO мкс и заканчиваете« примерно через 1500 мкс поело окончания лазерного импульса. Релаксация занимает еще примерно 2-3 кс. Особенностью процесса лазерного испарения материалов в газах повышенного давления является изменение характера истечения паров мишени в зависимости от давло-

нкл. Так, например, доя давлений окружающего газа меньаих или равных I МПа наблидаатся струйный характер истечения паров мишени. При повыпении давления происходит сиена механизма р*. злета паров, и для давлений, больших I И1а, пары распространяются диффузионным обрезом.

На примерз лазерного воздействия на цирконий в атмосфере кислорода рассмотрен процесс лазерного окисления металлов в газах поименного давления, ,

Описывается возникновение фронта конденсации, аналогичного фронту конденсации в процессе лазергого восстановления.

Процесс лазерного окисления также как и лазерное восстановление можно условно разделить на несколько этапов. На первом этапе - нагрев и испарение мигаенн с одновременным окислением на поверхности кипени и,,в основном, в парогазовой фазе. На втором этапе формируется фронт конденсации, на третьем этапе происходит релаксация парогазового облака.

Основное отличие процесса лазерного окисления от процесса лазерного восстановления в газах повшенного давления заключается в том, что лазерное окисление сопровождается значительным выделением теплоты. Поэтому вша среднее значение температура парогазового облака. Струйный характер истечения паров мишени сохраняется до давлений 1,5 Ша. Больше скорость разлета струи пара. При диффузионном характере разлета, начи-нагацэмсп после давлений 1,5 Ша, максимальный размер парогазового облака при лазерной окислении в 1,5 раза больше соответствующего размера облава при лазерное восстановления.

Приводятся оценки скорости разлете парогазотаго облака, выполненные по данный с восстановленных с янторфсрограмм. Отмечается сохргяеюге основных особенностей развития парогазового облака и дянаиияк фронта конденсация, что я при лазерном восстановления металлов ил окислов.

Исследуется динамика лазерного испарения катеряадов в газах повышенного да&мния.

Фронт ковдёисацяи вначале движется в направлении от мишени, замедляясь п иевял направление дииюняя На противоположное. Область конденсации при его« постоянно увеличивается а к окончании лазерного импульса /1,5 ис/ зависят более 70 Ц /по обгеиу/ осой облает«, занятой парогазовой фазой.

Исследования продуктов лазерного вовстшкзвлвнкг, окисле-

- и

ния и испарения материалов поселки следующий параграф главы.

Приводятся результаты ронтгеноструктурного и електронно-граФического фазового анализа конденсата.

Электронномикроскопичегкие исследования показали, что металлы конденсируются в внле сферических частиц. В конденсате молибдена и вольфрама в процессах лазерного восстановления кроме сферических частиц присутструют и ограненные. С ростом давлений водорода количество ограненных частиц уменьшается и при давлении больяем '1,5 ilia не превышает 5* от общего числа. Микрочастицы вольфрама м молибдена представляют собой монокристаллы или блочные монокристаллы.

В четвертой главе показаны характерные микрофотографии частиц материалов, полученных в результате лазерного восстановления, окисления и испарения в газах повышенного давления.

Измерение размеров частиц н вычисление распределений частиц по размерам частиц проводилось с использованием компьютерной системы ЬИДОПЛАН В «3.0

Было установлено, что с ростом давления газов увеличиваете)» средний размер конденсата. Это связано с тем, что при давлениях, близких к критическому, реализуется струйный характер истечения паров4 мишени, в результате устанавливаются большие скорости конденсации. Уменьшение скорости конденсации приводит х уменьшению числа центров конденсации и увеличению среднего размера частиц.

Перспективы дальнейших исследований. Исследование процессов лазерно-плаэменного синтеза материалов в газах повдаенно-го давления методом топографической интерферометрии наметило перспективы развития как самого метода диагностики, так и направление дальнейших исследований.

Многокомпанентный состав приповерхностной лазерной плазмы в процессах лазерно-плазменной обработки, синтеза материалов требует определения абсолютной и относительной величин показателя преломления. Представляется перспективным исследовать приповерхностную лазерную плазму в газах повышенного давления двухдлкнноволновым гологряфичесюш интерферометром, так как в видимой области спектра вклад нейтральных атомов и ионов в рефракцию практически не зависит от длины волны излучения, а вклад елехтронной компоненты пропорционален квадрату дяиим волны.

Таким образом, определив изменение показателя преломления на двух длинах волн, легко вычислить концентрацию электронной компоненты в плазме, а затем и нейтральной.

Представляется интересным детально исследовать механизм возбуждения поверхностных электромагнитных волн в автострук-турв, возникающей в области пятна (фокусировки, а также условия их распространения на обратную сторону мишени. Кроме тоге. осталось не изученным какое плияние оказывает приповерхностная стелющаяся лазерная плазма на обратную сторону мишени и на всю поверхность в целом. Для этого, очевидно, необходимо развить и применить новые, оригинальные методик!' структурного анализа.

Производительность процессов лазерного восстановления, окисления и испарения в газах повышенного давления значительно повысится при использовании мощных непрерывных лазеров. Поэтому для диагностики и управления этими процессами лучше приметать голографическую интерферометр!» в реальном времени с развитием микропроцессорных систем обработки интерферограмм. Оснорныэ результаты,диссертации.

1. Впервые экспериментально обнаружено формирование плазменного объекта, названного приповерхностной стелющейся лазерной плазмой /ПСЛП/. ПСЛП возникает до начала испарения вблизи металлических мишеней в газах повышенного давления /больше

2,0 МПа/ при воздействии лазерного излучения интенсивностью Ю9-5'Ю11Вт/м2, располагается равномерным слоем толщиной 0,53 мм и покрывает всю поверхность мишени по площади, значительно превооходящей пятно фокусировки лазерного излучения. ■

2. Впервые обнаружено, .что вблизи поверхности металлических мишеней в газах повышенного давления 0,1-5,0 МПа в области пятна фокусиров'ад лазерного излучения пространственное распределение показателя преломления газа является автоструктурой. 1инейнйе размеры автоструктурн и средний показатель преломления изменяются с частотой 100-500 кГц. Предположено, что автоструктура трансформирует энергию лазерного излучения в энергии плоских ударных волн в газе и в энергию электромагнитного поля, генерирующего приповерхностную стелющуюся лазерную плаэ-

иу.

3. Исследована динамика оптического пробоя на аэрозоле

в газах повышенного давления. Показано, что оптический пробой ка аэрозоле возникает при интенсивности лазерного излучения ГО9 Вт/м2, что на 1-8 порядка ниже интенсивности, необходимой для формирования опткческого пробоя в нормальных условиях. Формирование оптического пробоя связано о испарением аэрозоля, которое начинается раньше, чем испарение мишени.

4. Обнаружено формирование фронта конденсации в условиях высоких.давлений в процессах лазерного восстановления, окисленик и испарения:' материалов. Определены скорости движения фронта конденсации 5-300 м/с. Существует критическое давление газа /0,2-1,5 МПа в зависимости от материала мишэнй/, начиная с которого происходит смена механизма источения паров со струйного на диффузионный.

5. Исследование влияние ПСЛП на процессы формирования обработанных зон. Показано, что ПСЛП оказывает существенное влияние на процессы синтеза химических соединений в зоне лазерного воядейстзия, приводаткк увеличению диаметра синтезированных зон более чем на 50? и глубины зон с 10-40 до 200-400 мкм, уменьшается количество трещин и деформация обработанных зон.