Теплофизические процессы взаимодействия инфракрасного лазерного излучения с твердыми материалами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

- / НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

■;•' ' / \ киргизской рейшшш

институт ФИЗИКИ

•V .1/ Л ы! • "

■ V \

„(Специализированный Совет Д.01.94.08,

На правах рукописи

Ч01ЮЕВ ЭРИК САТАРКУЛОВШ

УДИ 535.211

ташошшескиё иргл^ссы взшюдайствш ¡шракраского

жшкго излучьния с тверда,® материалами

Специальность: 01.04.14 - теплофизика и молекулярная

физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой етеяепи доктора физико-математических наук

Бишкек ~ 199ь

Работа выполнена на кафедре физической электроники Кыргоснац-университето и Институте физики HAH Кыргызской Республики

Официальные оппоненты:.доктор физико-математических наук,

член-корр. HAH, профессор Оторбаев Д.К.

Ведущая организация - Алма-Атинский энергетический институт.

Защита состоится " 6 " марта 1996 г. в /4 часов на заседании Специализированного Совета Д 01.94.08 по присуждению ученых отепеней доктора и кандидата наук в Институте физики HAH Кыргызской Республики: 720071, г.Бишкек, проспект ЧУЙ, 265-а.

G диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке HAH Кыргызской Республики.

Автореферат разослан " — " _1996г.

доктор физико-математических наук, профессор Лелевкин В.М.

доктор физико-математических наук, профессор Минько Л.Я.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАЕОШ

Переход от механических способов обработки материалов к тепловым являекзя одним из определяющих факторов научно-технического прогресса. Ок неразрывно связан как с созданием и усовершенствованием источников концентрированных потоков энергии, так и с расширением сферы их применения. Последнее непосредственно связано с фундаментальными и прикладными исследованиями процессов и превращений, происходящих в материалах, пуп воздействии интенсивных потоков анергии. Особый интерес представляет изучение механизма взаимодействия мощного лазерного излучения (ЛИ) с веществом, когда наряду с чисто тепловыми эффектами, проявляются его волновые и квантовые свойства.

Настоящая работа посвящена фундаментальным исследованиям физической картины взаимодействия непрерывного ИК Ли как с ранее малоизученными, материалами, так и о известными, на в специфических условиях воздействия, для решения ряда актуальных прикладных задач. В экспериментах применялись различные типы непрерывных ^ и АИГ лазеров; оптические, спектроскопические и оециллографичеекие методы диагностики. Эмпиргчеекие' данные подкреплены аналитическими и численными расчетами.

Актуадьн£сть_работы определяется широким применением на практике ЛИ для обработки и изучения свойств различных материалов. Достигнутая научная база знаний и перспективы в этой области нацеливаю? на расширение как круга обрабатываемых материалов, так и способов лх целенаправленной лазерной обработки. Эффективность раэрабатыааецш; методов во многом определяется знанием реальной картины теплофлзи-ческих процессов, происходящих в зоне воздействия. Поэтому важен комплексный подход к развитию технологий тепловой обработки м-,-й-

риалов, сочетающий в себе как поиск новых методов, так и проработку физики обьекта исследований. В настоящее рремя ЛИ является одним из эффективных источников концентрированного потока энергии. Расширение сферы и моторов его применения для прикладных целей является важной и актуальной задачей современной физики.

Цель_работы.. В соответствии с вышеизложенным целью настоящей работы было следующее:

1) Исследование физической картины взаимодействия непрерывного Ж ЛИ с природными минералами Сна примере мрамора и гранита) для выяснения динамики их теплового разрушения и характера физико-химических превращений материала'в зоне облучения.

2) Разработка теоретической модели и изучение полей термонапряжениГ индуцируемых ЛИ в масиве материалов, подобных природным мшюралам, для анализа возможности их термораскалывания.

3) Экспериментальное исследование механизма воздействия ПК Ш на монокристаллы синтетического алмаза ;СА), для разработки лазерных методов улучшения их физико-механических свойств.

4) Разработка 'теоретической модели лазерного нагрева л условиях не-

I

линейного охлаждения, исследование происходящих п металиах теплофи-зических процессов и структурных превращений при лазерной обработке в жидких средах.

5) Экспериментальное исследование взаимодействия стационарного лазерного эрозионного факела металлов с дуговой плазмой для возможных

г

применений в спектральном анализе. ^

Научная новизна^ полученных: в работе результатов сводится к следующему:

I) На основании впервые проведенных систематических исследований

выявлены характерные особенности и закономерности механизма воз^~ действия непрерывного 11К ЛИ на природные минералы, обусловленные их специфическими физико-химическими свойствами. 13 частности, высокая температура вещества (~3000°С) в зоне облучения приводит к таким специфическим эффектам как: определяющая роль мощности, а не ее интенсивности, в степени углубления каверны (фазовая поверхность испарения); сильное экранирование (десятки %) падающего ЛИ эрозионным факелом; интенсивные физико-химические превращения в материале, прилегающем к зоне облучения.

2) Впервые предложена квазистационарная модель термонапряжений, ьн-^ дуцируемых в низкотеплопроводных непрозрачных материалах при формировании в них углубляющейся каверны в форме параболоида вращения. Расчеты показали возможность возникновения термонапряжений большой амплитуды даже в условиях стационарного лазерного воздействия.

3) В результате детальных экспериментальных исследований впервые показана возможность упрочнения монокристаллов СА, пуг*ем безкон-тактного воздействия слабым иК ЛИ на их внутренние дефекты. Обоснованы методы повышения прочности и электропроводности СА.

4) Разработана теоретическая модель лазерного нагрева металла в условиях нелинейного охлаждения. Путем численных расчетов и натурных экспериментов определены условия, при которых переход от,воздушной среды обработки к нидкой дает заизтные, с точки зрения Закалки лоьерхности, преимущества.

5) Проведено детальное экспериментальное исследование взаимодействия стационарного лазерного эрозионного факела металлов с дуговой плазмой. Показана возможность применения непрерывного ЛИ для спектроскопии поверхности облучаемого материала.

Пр£ктическ£Я_ценшэ£ть> работы состоит в следующем:

1) На основе фундаментальных исследований определены реальные воз-, можности и пути создания лазерной технологии обработки природных минералов, предложен ряд способов их резки на основе термораскалывания.

2) Разработана и подтверждена лазерная методика увеличения прочности и электропроводности промышленно синтезируемых порошковых ыонокристаллических аламазов.

3) Разработан метод лазерной закалки поверхности тонких и малоразмерных стальных деталей в жидких средах.

4) Предложен и обоснован метод спектроскопии на основе комбинированной стационарной лазерно-дуговой плазмы с возможностью сканирования анализа по поверхности облучаемого материала.

Результаты фундаментальных и прикладных исследований используются в Ш АН КР и КГНУ пгк разработке лазерных и плазменных технологий обработки материалов. Лазерная технология упрочнения поверхности металла применялась в Щ "Восстановление и упрочнение деталей сельхозтехники" МСХиП КР при выпуске опытно-промышленной партии продукции. Разработка по лазерной технологии упрочнения СА принята Институтом сверхтвердых материалов УЖ.

На_заищт^ выно£ятся: I) Результаты экспериментальных и теоретических исследований тепло-физических процессов, происходящих в мраморе и граните, при воздействии на них мощного потока стационарного ЛИ. 2) Квазпстационарная модель лазерно-шдуцированных термонапряжений в низкотеплопроводных непрозрачных материалах, результаты соответствующих численных расчетов, подкрепленных экспериментальными данными на примере мрамора.

3) Результаты экспериментального исследования механизма воздействия

ИК ЛИ на монокрсталлы CA, сопровождающегося изменением его механи-" ческих и электрических свойотв.

4) Модель лазерного нагрева металла в условиях нелинейного охлаждения, результаты численных расчетов и натурных экспериментов по лазерной ьакалке поверхности металлов в воде.

5) Метод атомизац*1и лазерного эрозионного факела электроразрядной дугой и результаты исследования лазерно-дуговой плазмы.

Ап£оьдция. Основные результаты работы защищены 9 авторскими свидетельствам и докладывались на: Международных конференциях по превращениям ъ пулы-иф^зныг металлах и керамических системах (Дели-

1989), XIС АЛ/А S (¡4uc*.u.-Luv и) и "Финика и техника плазмы" (шшск-1994), III и 1У Всесоюзных конференциях "Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом" (Сухуми-1988, Фрунзе-

1990),XX сьезде по спектроскопии (Киев-1988), У11 Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (£>рунзе~1988), всесоюзном семинаре и I Всесоюзной конференции "Оптические методы исследования потгков (Новосибирск-1989,1991), XI Всесоюзной конференции по-- генераторам НТП (Новосибирск-1989), Всесоюзном семинаре "Взаимодействие импульсных плазменных потоков с вещестзоы" (Алма-Ата-1989), У Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излучений

е плазиой" (1'ашкент-1989), У1П Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск-1990), Всесоюзной конференции "Проблемы физики прочности и пластичности полимеров" (Душанбе-1990), Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград-1990), Всесоюзной1конференции '-Физика и конверсия" (Калининград-1991), 1У Межотраслевом семинаре "31Д? и оптичеокая спектроскопия дефектов и примесей в алмазе" (Бишкэк-1991), Международном ¡симпозиуме по теоретическим и прикладным аспектам плазмо-

химии СРига-1991), Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск-1992), II Республиканской конференции по физике твердого тела с участием ученых из других-республик (Ош-1989), Республиканской конференции по порошковой металлургии с участием ученых из.других республик.(Фрунзе-1988), Всесоюзном семинаре "Физика и химия обработки материалов концентрированными потоками энергии" (Москва-1989,1990), Всесоюзном семинаре "Лазерная техникя и технология" (Троицк-1987,1988), научном семинаре АН РВ "Физические основы ла-зерно-ллазменной и пучковой технологий" (Минск-1991), научных семинарах Ш РАН, ИОФ РАН, ИСМ УАН, ФИАЭ им. И.В.Курчатова, и т.д.

Основное содержание, представленных в диссертации материалов, отражено в 46 работах, список которых приведен в конце автореферата. Полный список публикаций с участием автора насчитывает более 100 наименований.

£т£укт£р£ и объем дабогы^ Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и б приложений. Ёе полный обьем 235 стр., 75 рисунков, 10 таблиц и списка литературы из 264 наименований.

содашнив; рабош

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, определены ее научная новизна, практическая ценность и основные защищаемые научные положения.. . .

Педва_я>_глава_ посвящена изложению теплофизических основ взаимодействия ЛИ с природными минералами [I]. Дан краткий обзор их ос- • ионных физико-химических свойств применительно к вопросу теплового разрушения. В экспериментах применялись лазеры непрерывного дейст-

вил мощностью (Р): 150 Вт (АИГ), I кВт и 40 Вт (СС^), сфокусированным излучением которых воздействовали на плоско-параллельные плитки мрамора и гранита. ¡1ри средних шненсиниостях (I) ЛИ поверхность мрамора полностью пглощала падающее излучение и возникал процесс диссоциации его основного компонента - известняка:

900°С

Ь,мм 22

СаСОо

Са0чСи2; (1.1)

к 6 * —А -

1

г ) 3

_______1________.1. 1

10 20

' Рис Д.Г

30

СаО является термостойким окислом е. температурами (Т) плавления 2500-2600°С и испарения 2850-3100°С. При использованных нами средних I ЛИ испарение материала происходит из жидкой фазы, а темперачурные параметры фазовой поверхности испарения (каверны) определяются не известняком, а СаО, На рис.1.1 представлены временные зависимости глубины (К) каверны в мраморе при его обработке излучением разных лазеров (кривая I - СОг, лазер с Р 800 Вт, г - АИГ - 100 Вт, 3 - СОг, - 30 Вт) с одинаковой I равной 10^ Вт/ем^. Довольно быстрое прекращение углубления капор!ги объясняется большими градиентами Т, коиорые даже при низкой теплопроводности материала вызывают заметный теплоотвод энергии в его массив. Из этих графиков следует и другой важный вывод, иллюстрируемый кривой 4, представляющей отношение мгновенных значений кривых I и 2. Как видно, скорость углубления каверны определяется, главным образом, Только Р ЛИ и практически не зависит от длины полны (Я) и диаметра пятна фокусировки ) излучения. Причем в рпжим« ус~

тойчивого испарения материала ферма каверны стабилизируется в виде параболоида вращения с диаметром основания J » , что подт-

верждено специальными экспериментами.

Решение кваоистащюнарной задачи углубления каЕерны для трехмерной области получено в работе [2], где скорость углубления каверны (I/") полагалась постоянной. Исходя из реально наблюдаемой кар/ыпы и считая, что температура на всей поверхности каверны одинакова (Тер ) воспользуемся методом Иванцова [3] и представим температурное поле внутри материала в виде функции одного аргумента U :

a= л2 ]; (1.2)

где: f- радиус кривизны верпины каверны, 2 , г - цилиндрические координаты. Нетрудно убедиться, что подставив (1.2) в уравнение теплопроводности и полагая, что теплофизические константы материла не

V •

зависят от Т, можно получить аналогичные [2] решения для температурного поля (T(«j) в материале и V (t):

Здесь: T^- температура окружающей среды, «г- коэффициент температуропроводности, г-^^г = 1/с? - макешально возможная окорость углубления каверны, Q - удельная объемная онергия нспарения1/'-с('1^.-Т^.)/<£>. параметр характеризующий теплофизические свойства материала, с -удельная теплоемкость.

Уравнение Ц.З) описывает установившиеся или■медленно меняющиеся тенпетач.ур'ые поля в массиве непрозрачного моториала. Численные расчеты покапали., что с удалогшеи от г.аворны температура изотерм бистро

падает, а вблизи нее наблюдаются значительные градиети температуры, величина которых пропорциональна отношению Т^/а. Причем с ростом £ , в частности, за счет увеличения V , теллоотвод энергии падает. В целом данная модель на вполне достаточном уровне объясняет основные особенности динамиуи развития каверны. На её основе в диссертации дан термодинамшскнй анализ расематирнваемьк процессов.-

По специально разработанным методикам было проведбно комплексное исследование взаимодействия ЛИ с эрозионным факелом мрамора и гранита. Установлено, что степень экранирования (П,) ЛИ эрозионным факелом мрамора является аномально большой (см. рис.1.2). Как видно, при

увеличении I ЛИ с X = 1,0о мкм (кривая I получена путем варьирования с!^ ■ при Р=«т;1 2 - путем изменения Р при ¿j ^const ) »[ несколько уменьшается, овтапаяоь на высоком уровне. Аналогичные ^ зависимости для гранита да-

1*10~) Вт/см2 ют несколько меньшее , Рис.1.2 что объясняется различными

условиями образования факела. Изучение степени экранировки ЛИ с.

А =10,6 мкм также выявило меньшее значение ^ , но это уже связано с волновыми эффектами. Было показано, что основным механизмом экранировки является рассеяние ЛИ на мелкодисперсных конденсированных частицах,присутствуй:-^ в большом количестве в эрозионной факеле. Их образование обусловлено выбросом вещества в факел (из-за больших градиентов Т, возникающих в зоне .лазерного воздействия, при низкой теплопроводности материала) и конденсацией парой на его периферии.

Величина зависит от среднего размера частиц и их концентрации.

Вторая^глава^ посвящена анализу термонапряженного состояния природных минералов при воздействии на их поверхность потока мощного ЛИ. Резка.природных минералов путем 'их плавления и испарения ИК ЛИ оказалась малоэффективна. Мрамор и гранит являются достаточно хрупкими материалами. При наличии больших градиентов температуры возможно во -никновенив значительных внутренних напряжений, приводящих к их раскалыванию, что не трудно наблюдать на практике. Проблема состояла в анализе основных причин глубинного раскалывания этих материалов при действии на их поверхность локального источника тепла, например, ЛИ.

Экспериментальным путем были изучены характерные особенности формирования температурных полей в массиве мрамора, индуцированных действующим на их поверхность ЛИ. Установлено, что меняя условия воздействия и энергетические параметры ЛИ ыоетю варьировать, в известных пределах, картиной температурных полей. Поскольку не было возможности приямого измерения в зоне лазерного воздействия, она была оценена косвенным путем. Подтверждены высокие значения Т/> , особенно, в начале дазерного воздействия. В связи с чем представляло значительный научный интерес моделирование терыонанряженнй в подобных телах, испытывающих резкие тепловые воздействия.

Термонапряженное состояние твердых тел изучалось многими авторами Vсм. например, [4]). Пр-д разработке ниже.описанной модели исходили из реально наблюдаемой физической картины взаимодействия ЛИ с природными минералами, опираясь га рассморенную квазиотоционарпую модель углубления каверны с переменной скоростью. Остаются в сило принятые там допущения, к которым добавляются следующие предположения: сплошность среди, несвязность полой деформации и температуры. Тогда в дополнение к уравнения!: (1.2) - (1.4), воодеы 'следущие соотношения:

уравнение движения

2. = ^ ; <2.1* геометрическое ооотнонение

закон Гука

Здесь: {/*,?) - тензор напряжений, - температурное поло,

(¿г {/*,*) - вектор перемещения, (у",/) - тензор деформаций, ^ - плотность вещества, £ - модуль Юнга, £ - обьемное рас-'

ширение материала, с(т - косф-^ициент линейного температурного расширения, 1р - Коэффиициепт Пуассона.

Для выражения приведенных соотношений через обощанную координату и ил и использованы ортогональные параболические координаты (К, , Т„ , у ;

х = у = <г. гг. ¿¿лу; г = ^ (г/* сг02) ; (2.4)

В итоге последовательных математических преобразований выведено следующее обобщенное уравнение терыоупругости в безразмерных напряжениях :

;Л5 , ¡Г -Л' /9

. ^ _ _ _ + _ ^ _ о, (2.5)

Граничные условия: 0ии (2" )=0. (2,6)

Начальные условия:

^ ✓ . -а, (с/-/)

_ / . ■• / ■ ■ • <1 дт ¡т-о"" у •

; а а

- 14»

Последние уравнения записаны в безразмерных переменных:

(2.Э)

/-20

где: тг - безразмерная скорость углубления каверны, а0 - коэффициент ослабления напряжений, -«Г - скорость продольных волн в материале, Ь. • начальная глубина каверны, С0 - обезразмериващий коэффициент.

Соотнопение (2.5) относится к гиперболическим уравкениш смешанного типа, эффективным способом решения которых являйся метод конечных разностей по неявной схеме [ь]. Был проведен комплекс численных расчетов для мрамора с учетом его физических характеристик и данных экс-пер! .;нта, которе наглядно продемонстрировали возникновение в массиве материала значительных термонапряжений. Типичная картина мгновенных значений внутренних термонапрякений по координате. и для различных моментов времени дана на рис,2.1. Видно, что возникают волнообразные

<?и

-1

1 ау2

i 1 дv1

/ у 5

2 1

Ц О И

Рис. 2.1 . Рис. 2.2

термонапря;:;ения (кривая I для £> =0,2; 2 - 0,3; 3 - 0,4), которые с ростом времени лазерного воздействия, увеличивая амплитуду, сдвигаются в сторону каверны. Смешение максимумов (напряжения растяжения) и минимумов (напряжения сжатия) объясняется тем, что скорость углубления

2

— ¿.^ —

каверны Ш =1) непрерывно падает со временем. Возникновение и движение термонапряжений наглядно иллюстрируется и рис.2.2 (кривая I для а «I; 2 - 3; 3 - 4), где четко видна смена напряжений'растяжения напряжениями сжатия. Расчеты показывают, что &ии могут превосходить предел прочности данного материала на разрыв и всесторонне сжатие. Можно утверждать, что при определенных условиях возникающие термонапряжения приведут к его разрушению.

Представленные результаты закладывают фундамент для детальных исследований, которые необходимо провести для создания надеиных и реализуемых на практике методов управляемого техмораскалывания природных минералов. В частности, представляет интерес изучение некоторых перспективных способов резки этих материалов с использованием ренима их раскалывания, которые описани в Приложениях I - 4 к диссертации..

Тщтья_глава_ посвящена исследованию механизма воздействия' Ж на монокристаллы синтетического алмаза (СА) и обоснован™ метода их бесконтактного упрочнения. Описанию результатов предшествует краткий обзор физико-химических свойств СА и существующее методов их обработки для повышения потребительских качеств. Проблема получения высокопрочных Са является одной из актуальных задач народного хозяйства. Особенно важно создание новых способов обработки алмазных порошков, приводящих к повышению их прочности. Существующие же способы лазерной обработки алмаза сводятся к простейшим технологическим операциям как: сверление, раскалывание и т.д. [6-?]. В наших экспериментах облучению подвергались не отдельные монокристаллы, а плотно упакованный их монослой. Спектр поглощения изучали с помощью спектрофотометра ИКС-29 в диапазоне.длин волн 2 - 25 мкм. Было исследовано 10 модификаций СЛ типа АС-ЬО, которые имели внутренние дефекты в видй накровключений (шихта, катализатор и др.). Было установлено, что все образцы прак-

тически не пропускают (не более 10$) ИК-излучение в исследованном спектральном диапазоне, в том числе и на длине волны 10,6 мкм.

Для выяснения вопроса о доле поглощаемого излучения была создана специальная установка на базе одномодового непрерывного СОг> лазера. Исследойания показали, что доля поглощаемого ЛИ составляет порядка 50-60$ для всех модификаций СА. Зная, что алмазноя решетка не е модействует с ЛИ данной длины волны, моето говорить о поглощении излучения на внутренних дефектах СА. Другими словами вполне реализуемо бесконтактное тепловое воздействие на его внутренние макродефекты структуры, чему и были посвящены дальнейшие исследования.

Изучались образцы СА марки АС-32 и АС-50 зернистостью 315/250 и 400/315, соответственно, которые различались дефектностью структуры, характеризуемой удельной магнитной восприимчивостью (ЗГ). Их обработ-

I

ку проводили непрерывным излучением С0£ лазера в среде воздуха (АС-32, АС-50) и аргона (АС-32). Плотность потока энергии ЛИ (О ) на поверхности образцов СА менялась двумя способами. ¿1 н^рво..' случае варьировали время обработки при постоянных мощности (Г) и размере .пятна ) излучения, во втором, меняли Р при постоянном с/у и '. Прочность (р ) определялась на установке Щ-30 по величине нагрузки, при которой разрушается зерно СА. Спектры Э;1Р образцов СА' исследовались на стандартном радиоспектрометре Рс)-1307 при комнатной температуре. Структурные изменения СА изучались на рентгеновском дифрактометре ДРСН-3 в Си Ка - излучении.

Прочность криаталлов СА при изменении С? (Р*6 Вт,=3 мм,^ = 15-90 сек) в пределах ошибки измерения остается'портоянной как для образцов АС-50 (ряс.3.1, кривая I), так и для АС-32 (2). Аналогичная зависимость при изменении С( путем варьирования Р (<^=3 мм, Ь = 30 сек) показана на рис.3.2. У исследованных СА увеличение р завис;!«

от степени их дефектности (см- табл.), хотя четкой, корреляции не обнаружено. Образец Ж (рис.3.2) является менее дефектным отсноси-тельно образца Й2, в приповерхностном слое которого имеется поглощающая пленка,,состоящая из тонкорассеянных металлических включении. Поскольку образец Ш (Ао-эО) имел наименьшее число видимых'включений, то в изученном диапазоне его прочность изменялась', незначительно. Отметим, что прндальнейшем повышении величины наблюдаетоя снижение прочности у всех исследованных СА. Сравнительные анализы прочности СА, обработанных в среде аргона и воздуха (АС-32). в диапазоне

г> о

О" (2,6-9) .10 Дк/см*", показали практически одинаковые результаты.

Основой лазерного воздействия на СА является тепловой эффект.-

При использованных нами Р и . длине волны (Л) ЛИ трудно ожидать квантовых явлений. Падающее ¿М поглощается внутренними макродефентами СА (алмазная решетка практически прозрачна для использованной л )

Р.Н 90

50

' О-Ю^ж/т2 п

вызывает соответствующие

Рис. ЯД

тепломеханические процессы в его объеме. Для выяснения механизма упрочнения СА методами э11р и рен'Егеноетхзукт.у^г.иГ" анализа изучены изменеыы, происходящие-а их структура. При комнатной температуре структурная примесь (азот) об-6 У Ом 'рж/см2 паружена в виде одиночна ато-Рис.3.2 мон, 3!1Р спектр которых пред-

ставляет собой триплет линий. Спектр такого ввда обусловлен атомарным азотом, находящимся в решетке алмаза в замещающем положении, и свидетельствует о существовании сверх тонкого взаимодействия спина" неспаренного электрона азота с сойсчезнным ядром. Ширина спектраль-' ных линий колеблется от 2,5'КГ^ до 4-10~%л в 'зависимости от совершенства СА. Уширение линий азота в исследованных СА в по.-. е может быть связано с-присутствием ферромагнитных включений. Э11Р-сигналы после облучения в изученном диапазоне Q практически не изменили своего ®ида и интенсивности по сравнению с исходным. Этот результат

свидетельствует ó том, что при указанных ..........-.к-, изменения

состояния, тонкой структуры-СА'на .происходит.

Рентгенографические исследования облученных СА показали, что наблюдается качественная корреляция между прочностью и величиной микронапряжений (£ aüá/á ). Повдаёиие значения Q до 7,7-10^Дк/см^ (см. табл.) приводит к вначительному уширеииго. (р ) линии (331) из-за

тт fm тф — ~ +Г —' 'ш* '—г — -т ш— ~

1 I %• 1 Исх.энач.1 U «=5,

Icol I .1 Ц0° м /кг 1 в ,ырад "|'Т Z ~ J ~ ~А~\~ Z I CAI * ■ \ J1 \ * . \ -Ю4 ! f ! * ! £ -Ю4 j ! I мрад! мнм. 5 1мрад J ыкм t ___„ _!__ •____I ¿*l___<____il_i__i____

X 3,7 • 3,Г ■ ,í>,0 0,074 .5,£ 1в,5 0,049 9,6

2 22,0 4,2 5,5;- 0,065 '4,6 ' 9,1 0,048 8,0

3 . 1,4 Б>2 ó,I 0,069 5,4 7 Д 0,050 6,4 •

увеличения'Мккро^окажений реш'еда,- так "как размер блоков мозаик^ ( ) изменяется незначительно, Отметим, что максимальный процент по' вьшения прочности'достигался доя образца 151, на дифрактограммзх ксто-. poro наблюдался наибольший аффект уширения линий при увеличении параметра решетки на-О-.ОЕУ?.-' ; ■'

- ХУ -Было изучено влияние ЛИ на паличину электропроводности (iT)'CA. Полусонные данные показали, что облучение СО^ лазером в вышеуказанном, диапазоне Q приводит к резкому увеличению (до четырех порядков величины) & СА с большими значениями £ ,-*огда как ^ СА л

с меньшим X изменялась незначительно. Причем-в первом случае наблюдается резко выраженный" максимум зависимости б~ от 1/Г для Т II0°-I20°G. Отметим, что подобный эффект наблюдался и .в природных алмазах', подвергнутых рентгеновскому облучению. Если измерять б" ■ облученного кристалла СА повторно, то максимум исчезает, но абсолютное значение ¿Г заметно возрастает. Обьясиение наблюдаемых эффектов может носить предположительных характер и для его подтверждения еледуе® провести серию необходимых ож|пет?й»еН!гов. Следует замети-, что результаты рентгенографического анализа показали,-что обнаруженное увеличение б" не связано с графизизацней СА.

В четвертой гладе представлены результаты систематических исследований физики лазерной закалки поверхности металла з воде. Выяснение характера геофизических процессов, протекающих при нагреве и охлаждении ыетал/ля в жидкой вреде,.является весьма сложной задачей. !J§-упрощение можно произвести следующим образом. Во-первых, исходные •параметры (скорость перемещения V и диаметр ■ лазерного луча, мощно&ть Р) подбираютэя такими, чтобы температуря-(Т) - поверхности» нагреваемого образца заведомо не превышала его температуры плавлении Тогда, >« первом приблигсиши, влионнам всех отруктурных фаэояыг по ре-ходов »окаю пренебречь, Во-~-ь™орнг трехмерное- нестационарное уравнение уоплопронодности, редуцированное' к двунелному невтйдионароном: , позволяет -применить хорошо разработанные для эгоге елучая чиелвниио методы. В-трртыж, процесе «вгао«дзди » жидкую урьду был аппрок»н; нирован сладупщим образом | Ol;

а) Конвективная теплоотдпча происходит при Т поверхности металла

Т - < Тт . нов I

$ =-ъ£К(>м?(Гп<>е ~ Тс? ) ; (4.1)

здесь: поток тепла через границу раздела сред, (/к®"С - коэффициент конвективной теплоотдачи, Т0р - температура окружающей среды. Б) Пузырьковое кипение происходит при Т^- ^ Тп0£) ^ Т^:

Г*; (4.2)

здесь: рСл^ » ^ - некоторые численные кооффпционты, Т - температура кипения жидкости.

в) Пленочное кипшшо происходит при ТПой Тд:

^ г - ^^ (ТЯФ* - 7* ) ; (4.3)

V •

здесь: сСм- коэс]4'И£-\!ЕС11!'1 теплоотдачи при пленочном кипении. "

Между пленочным и пузырьковым кшюшшми находится промежуточный режим, математическую зависимость которого 01 ТП0а можно найти линейной интерполяцией. Критические температуры: Т^, IV , Тд, характеризующие смену режимов охлаждения, Мойио найти в справочнике [б^. Очевидно, что существовании такой сложной теплоотдачи пе позволяет аналитически решить исследуемое уравнение теплопроводности. ■.

Исходная задача выглядит следящим образом: необходимо численно решить следующее двумерное уравнение теплопроводен для плоской прямоугольной области (0 ^ ос £ £ , 0 ^ А ):

сс(€1 + ) : (4.4)

I дяг ¿></г /

здесь: & - коэффициент температуропроводности материала, £ и ¡1 -соответственно, длина и толщин« пластины. Прослршютвешная коордл-

ната сс направлена по поверхности бруска вдоль линии движения лазерного луча, а координата ££ вглубь образца, перпендикулярно его поверхности. Гранич(ше условия на нижней 11 боковых гранях пластины имеют вид (4.1) - (4.3), а на верхней,нагреваемой:-

здесь: с - коэффициент теплопроводности, 10 - интенсивность ЛИ в центре луча. Численное решение проводилось методом дробных шагов по неявной схеме [93. Расчеты показали, что характер распределения Т в массиве материала, при данной теплоемкости, в значительной степени зависят от толщины бруска. Зизическй различие теплвяых п^оцэссон, протекающих при нагреве тонких и толстых плаетин, заключается в том, что,- в первом случае, поверхностные потоки тегиа преобладают над потоками тепла вглубь материала. Поэтому, для тонких пластин отношение скорости охлаждения поверхности при теплоотдаче в воду к . скорости охлаждения при теплоотдаче п поэдух ^ (в точках, где- Т одинаковы) очень сильно от-лнчяетая от такого не отношения для толстых пластин (рис.4.1). Могло констатировать, что лазерный нагрев тонких пластин нетал-ла в жидкой среде позволяет на порядок величины поднять скорость закалки нагретой поверхности по сравнению с условиями обработки в воздухе (кривая 2).

200 Чао 600 ¿да. Рис.4.1

- ас

Лазерная обработка толстых пластин г жидщ»« среда не имев®, с точг зрения повышения скорости закяки_, очевидных п'цйнмущестй" (кривая I) В этом случае наблюдается значительная неравномерность в'йсорсгсти охлаждения разлшных участков поверхности металла. Заметное"-увеличение ^ видно только для периферийных областей, где поверхность мечалла уже успвзае? дост§®оч1Ю остынь.

! Для подтверждения расчетных данных был проведен комплекс экспериментов. Облучению подвергались образу из сталей У8, ПО и др., погруженные в ванну с водой ниже ее уровня на к~ 1-20 мм. Приыеня лось непрерывное излучение С&, лазера мощностью ~ I кВт. Для умень швния отражения ЛИ поверхность образцов предварительно зачернялась тонким слоем саки.- Методом синхронной фот'орегистрацни через споциал» ную оптическую систему был изучен процесс формирования "лунки вымывания", образующейся в тонком.слое воды непосредственно в гоне лазерного воздействия. Установлено, что формирование лунки происходит под давлением отдачи испаряющихся паров воды за сотые дели секунды, т.е. ЛИ практически беспрепятственно достигает поверхности образца. Наиболее оптимальные значения, Ь- лежат в пределах 3-10 ми. При меньших И форма лунки:неустойчива, а при больших - велики энергозатраты на ее поддержание. При перемещении луча вдоль заданной линии жидкость быстро покрыа.ает обработанную поверхность.

Микротвердость поверхности металла и ее поперечных срезов измеряли на приборе,'ПМТ-3 с ошибкой порядка 10$ оч измеряемой величии..

Графики изменения твердости (Н ) облученного металла ¡¡глубь о? его поверхности для разных гГ (о 1,02 см/сек", е - 1.26; х - 2,4) •приюу;лы на рис Л .2. Как видно, после лазерной обработки наблюда-¿"оя значительное повышение твердости приповерхностных слоев металла на глубину до ЮОыкм, что примерно аналогично условиям обрабо-сяк

- '¿ о -

. <

в воздухе..иш мальЁ?" скоростях перемещения луча (о) наблюдалось оплавление облученной позерхнооги ызгалло, что, и отразилось неравномерностью упрочнения уио припеверссностных слоев. Повышение же твер-

дости самой пиверхнисти металла происходило на 'значительно больших расстояниях, чем вглубь материала (см. рио.4.3, где пунктирные линии примерно обозначав* зону облучения). Это, по-видимому, обусловлено лучшими условиями для закалки на поверхности металла, где имеется. непосредственный контакт! с охлаждающей жидкость». Необходимо отметить, что использованные э .экспериментах образцы металла имели сравнительно небольшой размер. Поэтому, при их лазерной обработке в воздухе возникали сложные проблемы, связанные с общим перегревом образцов, что приводило к отпуску металлов.

Рентгеноструктурный и электронно-ыикро-скопический анализ подтвердили вышеизложенную физическую картину В частности, в приповерхност-н-1м слое стали У8 образуется мелкодисперсный аустенит, приводящий

к его упрочнению. Причем в случае водной среды структурные эффекты были более ярко выражены по сравнению с обработкой в воздухе.

Пятая глава посвящена изложению результатов исследования воз-■ действия слаботочной дуговой плазмы на лазерный эрозионный факел (ЛЭФ) металлов в стационарных: условиях. В первичном спектре эмиссии стаионарныг ДЭФ наблюдается сильный сплошной фон при низкой интенсивности спектральных линий [ Ю] , из-за слабой атоыизации вещества В то же время количества эрозионного вещества вполне достаточно для получения интенсивных линий, при условии дополнительного нагрева ЛЭФ внешним источником тепла, например, слаботочным электрическим разрядом. По сравнению с традиционными источниками спектра здесь имеется ряд специфических преимуществ: локальность отбора вещества, малое разрушение и возможность сканирования по поверхности исследуемого образца.

В экспериментах применялся непрерывный СО^ лазер (см.рис.5.1) мощностью (Р) до I кВт, излучение которого фокусировалось на мишень линзой та КС£. На ЛЭФ воздействовали электрической дугой постоянного или переменного тока, горящей между горизонтально расположенными угольными электродами. Высота ЛЭФ достигала I см. Для обеспечения эффективного поступления паров вещества и стабилизации горения СЩ1 факел сявмещался с дуговым разрядом на высоте 5-7 ш от его основания при длине иежэлектродного промежутка 2,5-3,0 мм. При меньшое промежутках часть ЛИ попадала на электроды, так как интенсивность (I) ЛИ варьировалась только путем изменения диаметра евмового пятна (4/ ). Плазма дуги не касалась поверхности.мшаени, т.е. не вносила заметных искажений в процесс лазерной эрозии вещества. Причем лазерный луч и дуга били ¡гестко связаны друг с другом. Поэтому сканирование осуществлялось перемещением образца.

- -

4,0 4, 5 5,0 Рис. 5.1 Рис. 5.2

Устойчивое горение СДДЛ зависит от 1 ЛИ, скорости его сканирования по поверхности мишени {.У), длины межэлектродного промежутка

), взаиморасположения ЛЭй и дуги. Были изучены условия устойчивого горения СДЦП при неподвишош облучении материала. Обнаружено,

4 2

что при I ЛИ более 5>10 Вт/см скорость вылета паров из мишени, а следовательно, и гидродинамическое давление в ЛЭФ относительно велики. Это обстоятельство приводило к удлинен!® и последующему разрыву дуги, т.е. происходило сдувание факелом дугового разряда. При сильном уменьшении I снижается скорость эрозии вещества с поверх^ ности мишени, вследствие чего уменьшаются размеры ЛЭФ и плотности паров в нем. Все это с одной стороны приводит к падению интенсивности спектральных линий в СДЦП, а с другой, вообще затрудняет его

реализацию. Исходя из этих соображений и была выбрана нижняя гра-

4 2

ница значений I - 0,6-10 Зт/см . В условиях сканирования ЛИ появляются новые обстоятельства. В этом случае определяющим параметром

ЛИ в динамике эрозии вещества является не его I, а плотность потока энергии Q ^/df • V . Устойчивость горения СЩЦЛ зависит от стабильности эрозии материала и, в конечном счете, от его температуры (Т) в зоне лазерного воздействия. Был проведен ряд экспериментов по изучению этого вопроса. Т определялась оптическим пирометром ОПИИР-17 по многим измерениям с точностью не хуже ¿80°К. Для перехода от яркостных температур к истинным были использованы данные из работы [II]. На рис,5.2 представлены эмпирические зависимости Т ( Q ) для образца из стали У8 -, полученные при разных df (о - 0,8 мм, х - 0,65, в - 0,5) путем варьирования V . Как видно, на всех кривых имеется плато, которое соответствует условию устойчивой эрозии вещества в факел.

Изучение спектральных характеристик СЛДЛ проводилось на специа.1 но приготовленных образцах с известным содержанием элементов без сканирования Ж. Было замечено, что при горении СЛДЛ на электрода:" в заметном количестве осаждается вещество пробы. Этот факт был использован для сравнения спектров эмиссии СДЦП и чисто дуговой пла; мы. Для чего после сьемки спектра 'СДЦП выключался лазер и производилась сьемка спектра продолжающей гореть дуги. Причем дуга без ЛЭФ была устойчива только при £ около I мм, т.е. по сравнению о чисто дуговым комбинированный режим горения плазмы- значительно стабильнее. Визуально было установлено, что-взаимодействие дуги и ЛЭФ не носит турбулентного характера, а скорее походит на ламинарное обтекание дуги факелом. Очевоидно, в условиях нашего эксперимента,.это связано с большим давлением в дуге, чем в ЛЭФ. Ориентировочные нижние границы определяемых содержаний элементов (Сн) представлены в таблице. Как видно, в случае СДЦП самый низкий Сн' наблюдается для наиболее труднолетучего из приведенных элементов

Элемент, аналит. ! Потенциал 1 Нижняя граница определяемых содер-

-3

линия, нм |возб.спектр.! жаний элементов, Си, 10%

(линии, эВ 1 СДЦП ! дуга

Мо I 313,2 3,96 0,6 0,4

Мо I 317,0 3,91 1,0 0,5

Се1 303,9 4,96 . 3,6 7,9

%п1 334,5 7,78 8,3 3,2

(Мо) и самый высокий для наиболее легколетучего (/л). Сравнение значений С;[ для СЛДЦ и одиночной дуги показывает близость их аналитических возможностей. Это сбуловлено тем, что я атомизэции и возбуждении паров пробы основную роль играет плазма дуги. Роль же ЛЭФ сводится, главным образом, к подаче паров исследуемого образца в плазму дуги и нанесении частиц на электроды.

Повышение мпектральных характеристик СДЦН связано о оптимизацией подачи паров пробы, т.е. выбороп соответствующего режима облучения. Можно показать, что для анализа металлов богут буть использованы непрерывные лазеры с Р менее 200 Вт, а для неметаллических материалов еще менее мощные. Уменьшение времени экспозиции, т.е. увеличение скорости сканирования ЛИ, создает возможность применения СЗД1 для получения профилей концентрации элементов по поверхности образцов.. При этом необходимо учитывать условия фокусировки ЛИ на поверхность мишени, т.к. интенсивность эрозии вещества зависит от местоположения фокуса линзы.

. В Приложениях к диссертации описаны некоторые разработанные способы лазерного термораскалывания природных минералов (I и 4), а также копии документов, подтверждающих пратическоз использование лазерной закалки в хшдких средах (5 и 6)-.

В Заключении обощени наиболее важные результаты работы, на основе которых сфорыули).ова щ следу^цш выводы: I. На примере мрамора и гранита развиты основные представления о теплофизпческой картине взаимодействия Ж Ж с природными минералами и установлены следующие закономерности.

а) Высокая температура вецества ( ~ ЗООО^С) в зоне лазерного воз- • действия делает практически малоэффективной чозыожность глубинного проплавления и испарения материалов, даже несмотря на их низкую теплопроводность. Большие градионты температуры вызывают заметный теплоотвод энергии в массив материала уже при небольших размерах каверны (фазовая поверхность испарения) тем самым обеспечивая быстрое достижение баланса между поступающей мощностью Ж и ее диссипатив-ными потерши.

б) В условиях высокой температуры в зоне воздействия и низкой теплопроводности исходного материала увеличение степени фокусировки

излучения не приводит к пропорциональному росту глубины каверны, величина которой определяется главным образом, мощностью ЛИ. Причем в случае природных минералов с зернистой структурой данная особенность картины взаимодействия проявляется в наибольшей мере, благодаря сравнительно небольшой температуре их разложения.

в) Эти же теплофизические факторы материала приводят к выбросу в лазерный эрозионный факел большого количества мелкодисперсных конденсированных частиц, что вызывает значительную по величине экранировку (десятки %, в зависимости от условий лазерного воздействия и сврйств материала) падающего ЛИ. При лазерной обработке материалов с подобными свойствами эффект экранировки становится одним из каналов дисеипативных потерь энергии ЛИ.

г) Большие градиенты температуры, возникающие в области материала

прилегающем к зоне лазерного воздействия, вызывают в ней бурные физико-химические превращения, обусловленные вымыванием и диффузией легколетучих элементов. Причем их интенсивность максимальна в начальной стадии лазерного облучения, когда наблюдаются наибольшие градиенты температуры.

2. Развиты нвазистационарные модели полей температуры и внутренних напряжений в непрозрачных материалах, примененные для определения перспективы лазерного термораскалывания хрупких минералов.

а) На основе квазистационарной модели каверны, углубляющейся с; переменной скоростью, и эксперимента показано что путем изменения условий лазерного воздействия можно варьировать характером распределения температурных полей в массиве минералов.

б) Разработана квазистационарная модель термонапряжений, индуцируемых в низкотеплопроводных непрозрачных материалах, при формировании непрерывно углубляющейся каверны испарения в виде параболоида вращения, позволяющая исследовать взаимосвязь напряжений внутри материала с условиями стационарного локального теплового воздействия на его поверхность..

в) Путем численных расчетов по данной модели выявлено, что при воздействии непрерывным ЛИ даже средней мощности в массиве непрозрачных минералов возникают волпи напряжений, амплитуда которых может быть вполне достаточной для раскалывания материала.

г) Разработаны различные способы резки хрупких минералов с учетом реализации режима глубинного термораскалывания.

3. Разработан я обоснован метод^лазерного упрочнения монокристаллов синтетического алмаза (СЛ) путем безконтактного воздействия на его внутренние дефекты, комплексное изучение которого выявило следующие обстоятельства:

а) Спектрофотометрическиы и оптическим методами показано, что порошки монокристаллического СА достаточно хорошо поглощают излучение в широком ИК диапозоне (что абсолютно не свойственно алмазной решетке), благодаря наличию внутри них различного рода макровключений которые являются центрами поглощения.

б) Механические испытания по ГОСТу монокристаллов СА различных модификаций показали, что при соответствуют« условиях лазерного облу чения (плотность потока энергии

большинство из

них повышает свою прочность в 1,4-2 раза, причем превышение оптимальной дозы С? облучения, как правило,приводит к их разупрочнению. ч

в) ЭЦР и рентгеноструктуркым анализом установлено, что упрочнение монокристаллов вызвано возрастанием их внутренних термонапряжений, что обусловлено поглощением Энергии ЛИ только на включениях при холодной алмазной решетке.

г) Электрофизическими исследованиями облученных монокристаллов СА обнаружен эффект увеличения их проводимости, в некоторых случаях

на порядков величины. Показано, что данный эффект изменения электропроводности монокристаллов СА, возникающий при облучении потоком стационарного ИК излучения, на ввязан с графитизацией их поверхности 4. Проведено комплексное исследование теплофизическкх процессов, проиоходящих в металле при его лазерной обработке в воде, для обоснования соответствующего меюдазакалки его поверхности.

а) Разработана модель нагрева металла в условиях нелинейного охлаждения, движущимся по его поверхности локальным источником тепла.

б) Методом быстрой фоторегиотрации выяснен характер образования "лун ки вымывания", возникающей '-"под действием ЛИ в тонком слое воды,

покрывающей поверхность металла. Показано, что она формчруется в пределах десятых и сотых долей секунды и устойчиво следует за лазерным лучом, перемещающемся со скоростью до нескольких ом/сек (в зависимости от толщины слоя-воды, мощности ЛИ и снауиваемости поверхности металла).

в) Установлено, что основным параметром среды обработки, влияющем на скорость•охлаждения поверхности металла при действии движущего- . ся ЛИ, является ее теплоемкость. А. теплопроводность среды обработки затушевывается большой величиной этого параметра у металлов.

г) Путем численных расчетов показано, что замена воздушной среды ■ обработки на жидкую (вода) дает устойчивое увеличение скоровти за*-калки на порядок величины и больше только в случае лазерной обработки тонких пластин, когда теплоотвод в массив металла сравнительно мал.

д) Различными экспериментальными методами подтверждено, что при соблюдении оптимальных условий лазерная закалка стали в воде повышает твердость поверхности металла примерно в 1,5 раза больше, чем закалка в воздухе.

Ь. Проведены систематические исследования по обоснованию метода спектрального анализа поверхности металлов на основе стационарной лазерно-дугоэой плазмы (СЛДП), образующейся при воздействии на эрозионный факел слаботочного дугового разряда. Реализация данного метода на практике позволит использовать для спектральных целей излучение непрерывных лазеров.

а) Детально изучены теплофизические особенности существования СЛДП и выяснено, что непрерывная дуга практически полностью определяет температуру СЛДЛ, а в случае дуги переменного тока температура СЛДП.

снижается из-за подсоса более холодной плазмы эрозионного факела.

б) Экспериментально установлено, что существует ряд требований к режиму лазерного облучения и сканирования по поверхности металла для реализации устойчивого горения СДЦЯ, давление в котором заметно меньше, чем в одиночной дуговой плазме.

в) Показано, что при подогреве стационарного эрозионного факела элек прической дугой в спектре ее излучения резко повышается интенсивное!i линий при падении интенсивности сплошного фона, что говорит об зф-фективной атомизации продуктов эрозии-металла.

г) Выяснено, что спектральные характеристики СЛДЛ для элементов с . разной летучестью, являются примерно такими же как у традиционного метода спектрального анализа на угольной дуге с набивкой пробы в один из электродов,

В заключение хочу выразить благодарность академику ЖЛ.Жеенбаеву за большую помощь в работе.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ отражающих основное содержание диссертации

I. Чокоев Э.С. Разработка и исследование лазерных, электродугових и комбинированных методов воздействия на материалы// Сб.тезисов 1У Всесоюзной конф. "¿Ззаиыод. излучения, плазм, и электр. потоков о веществом", Фрунзе, 1990, е. 91-92.

2. Чокоев Э.С., Акышэва A.A. Поглощение ИК излучения природными по-ликрисзаллическими диэлектриаами // Сб.тезисов II Респ.конф. по физике твердого тела с участием ученых из др. респ.,Ош,1989, с.128.

3. Жеенбаев Ж.Й., Чокоев Э.С., Абдылдаев G.I. Динамика развития каверны в мишени из мрамора под действием излучения длиной волны 1,06 шш.// Изв.АН KP, 19Ш, ff4, с. 20-22.

4. Жеенбаев Ю., Чокоев Э.С., Абдылдаев ü.T. Влияние мощности лазер-

ного излучения на процесс обработки мрамора//§иХОМ, 1987,.'Й2, с. 50-52. 5. Абдылдаев G.T., Акышова A.A., Чокоев Э.С. Лазерная обработка мрамора разных сортов // Изв. АН Кир.ССР, «зр.физ-тех. и мат. наук, 1990, !Я, с.21-23. • -

, б. Жеенбаев Ж.Ж., Чокоев Э.С., Абдылдаев О.Т. Рассеяние лазерного излучения длиной волны 1,06 мкм плазменным факелом // Изв. АН Кир. ССР, 1986, К, с.19-22.

7. Куручбеков Т.А., Чокоев Э.С. Взаимодействие излучения COg лазера с рожденным им плазменным факелом // Изв. АН Кир.ССР, 1987, №3,

с.70-71.

8. Чокоев Э.С., Жеенбаев Ж.ЙС., Абдылдаеа О.Т. Рассеяние лазерного излучения мелкодисперсными частицами плазменного факела мрамора // Изв. АН Кир.ССР, сер.физ-тех. и мат. наук, 1987, М, с.27-30.

9. Абдылдаев О.Т., Жеенбаев К.Ж., Чокоев Э.С. Оптический метод определения относительной концентрации рассеивающих частиц в' лазерном эрозионном факеле // Сб.тезисов I Всесоюз. семинара "ОптиЧ. методы исслед. потоков", Н.,1989,с.293-294.

10. Чокоев Э.С., Абдылдаев О.Т. Рассеяние излучения при лазерной обработке гранита // ФиХОМ, 1987, КЗ, с.14-15.

I. ZA еел fcteis /А СЛсАоеу ES. ^¿ed ¿Ar PossiSt&iy.

of ctppfying. ¿asers fcr SyntAcsiS drW 7re<x¿/rient fj- /nuS-ftjoAaJe Seitens //ypfjzi^. s/ ' 7n ¿er. fysiter--

tnq af- /ffvftifSieXSe /77 rfarf асл</ с e ran/ntd sys&ef/n'sy , /Геи- ¿QeiCÄi J S9S9, />.

[2. Чокоев Э.С., Сукенбаев A.C., Акышова А.А* Шк превращений в мраморе при его лазерной обработке_// Сб.тезисов УН Зсёсоюз. со-5ещания по $ХА, Фрунзе, 1988, с.409-410.

!3. Акышова A.A., Жеенбаев Ж.Ж., Чокоев Э.С. Атомно-эмиссионный ' шализ облученного мрамора )) СблезйСов Всеоогоз.семинара "ВэайноД.

- Ö*t ~

имп.плазм.потоков с вещ.",Алма-Ата, 1989, с.38.

14. CAetaei' /F. S,, jfiiis/ioya A.jI. T/ier/rroc/yficifii/cs rf f^a-s/rutc -

сАе/nicacS ¿л tc Zone of Sac.se*- a-cicon

yPoSycrys-¿au? /nactcr'iczfs //¿ffstr. of Jn te/~. Spmpo-£ic//n of Atore tcc<oc£ <zvuai ¿>yt

15. Чокоев Э.С., Сукенбаев A.C., Акшова A.A. Превращения в мраморе вблизи зоны его лазерной обработки // Кзв. АН KP, сер.физ-тех. и мат. наук, 1991, »I, с.35-38.

16. Чокоев Э.С. Квазистационарная задача процесса углубления каверны с переменной скоростью // Изв.АН Кир.ССР, сер.физ-тех. и мат. наук, 1987, Ш, с.86-87.

17. Чокоев З.С., Бейшекеева Г.Д. Температурные поля в мраморе, индуцированные лазерным луч'-м // Изб. All Кир.ССР, сер.физ-тех. и мат. наук, 1988, М, с.31-34.

18. Бейшекеева Г.Д., Чокоев Э.С. Квазистационарная модель термонапряжений индуцированных в массиве мрамора лазерным лучом // там же что и п. I, с.23-24.

19. Авт.свид. №1108666 / Жеенбаев XI., Калманов Д.К., Чокоев Э.С. /

1984.

20. Авт.свид. II3768I Деенбаев Ж.К., Калманов Д.К., Чо.юев З.С. /

1985.

21. Авт.свид. №1427724 / Жеенбаев I.E., Чокоев Э.С., Бейшекеева Г.Д., Сукенбаев A.C. / 1988.

22. Авт.свид. №1515571 / Жеенбаев Ж.Ж., Чокоев Э.С., Абдрахыанов Р., Бейшекеева Г.Д. / 1989.

23. ßertsAedeero: ¿/io^ocr S. S, YAsSwccf iireis

in die б ctrics c/urcng- ctctien- ff sicz^toria-ry ifctse rot^ia ¿tc/i // Pft?c. <9/ Serie/ - СЛ с fies ^ßcsii Sern i лаС j Bis Ate А , />. 333 - 334.

24. Junit-iA^/fCtr Х.Л., CAoAoer £.S. Inrts ¿¿pа Лол cf a.

Scatter of -fecxjn ¿л. fto&siris

¿y /ffenfe-C&rfp meiAoc/ // jf^dc/ M23, p. 33S-S3G.

¡Lb. Авт.свид. № 1723918 J Жеенбаев I.E., Чокоев Э.С., Абдылдаев O.T., Акышова A.A. / 1992.

26. Шеенбаев К.Ж., Сукенбаев A.C., Чокоев Э.С. О взаимодействии инфракрасного лазерного излучения с синтетическими алмазами // ФиХОМ, 1987, Jtö, с .146-148.

27. Сукенбаев.A.C., Чокоев 9.G., Чолоков К.С. Влияние лазерной обработки на электропроводность синтетических алмазов // ФиХОМ, 1989,

!Г6, с.133-135.

28. Авт;свид. M549I44 / Чокоев Э.С., Сукенбаей A.C., Чолоков K.G., Куручбеков Т.А. / 1990.

29. Кеенбаев Ж.Ж., Сукенбаев A.C., Чокоев Э.С. Влияние лазерной обработки на прочность синтетических алмазов // G6.тезисов II Всесопз, конф. "Взаимод. излучения, плазм, и электр. потоков с веществом", Сухуми, 1988, с.138-139.

30. Чокоев Э.С., Богатырева P.il. Лазерный метод обработки синтетических алмазов // Сб.тезисов Всесопз.конф. "Физика и конверсия", Калининград, 1991, с.193-194.

31. Авт.свид. №1600254 / ¡иеэлбэсв BUK.; Новиков Н.В., Чокоев Э.С. и др. / 1990.

32. Сукенбаев A.C., Утемисов К.У., Чокоев Э.С. Упрочнение синтетических алмазных порошков лазерной обработкой // Труды Междунар. научно-тех.конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" Н., 1992, f.3, с.50-53.

33. Дкунушалиев В.Д., Чокоев Э.С. Модель лазерного нагрева металла в жидкой среде и ее приближенная аппробация // Изв. АН Ккр.ССР,

- do -

сер.физ-тех. и мая. наук, 1989, Itö, е.16-19.

34. Джунушалиеа В.Д., Чокоев Э.С. Особенности лазерной обработки металла в жидкой, среде.// ФиХОЦ, 1990, М, с.140-141.

35. Абдрахыанор P.A., Джунушалиев В.Д., Чокоев 3.G. Лазерное упрочнение поверхности металла в жидкой среде // там же что и л.1,с.5-6.

36. Абдрахманов P.A. ,-Шеенбаев E.H., Чокоев Э.С. Динамика формирования лунки вымывания при лазерной обработке металла в жидкости // там же что и п.1, с.7-8.

37. Утемисов К., Абдрахманов P.A., Чокоев Э.С. Структурные особен. ноети поверхности стали У8 после лазерной обработки // там ке что

и п Л , с.89.

38. Чокоев Э.С. Закалка металла в воде лазерным лучом // там же что и п.30, о.192-193.

39. Авт.овид. М785835 / Жионбаев К .Ж., Чокоев Э.С., Абдрахманов Р. Куручбеков Т.А. / 1993.

40. Авт.овид. 1Я354556 / Чокоев B.C., Куручбеков Т.А., Ыаматкано-ва P.O., Бейшекеева Т.Д. / 1987.

41.Кеенбаав Ж .Ж., Чокоев Э.С., Токтогонов С.А. Взаимодействие плазмы дугового разряда с лазерным эрозионным факелом // Сб.тезисов

/XI Всесоюз.конф. по генераторам HTiI, И.,1989, т.1, с.71-72.

42. Ееенбаев Ж.Ж., Чокоев Э.С., Токтогонов С.А. Сканирующий лазерно-дуговой метод спектрального анализа // Сб.тезисов XX сьезда по спектроскопии, Киев, 1988, ч.2, с.320.

43. Токтогонов СЛ., Чокоев B.C. Предел обнаружения при эмиссионном анализе в лазерно-дуговой плазма //таи ке что И п.13, ^.32-33.

44. гЛ eeiSaer ¿4. ¿Л. , CAoJroer £. S., /Ъс ¿eponor S. j?. ГЛе SjPectrau? acaafyjis ол ¿Ae rfusts с/ ¿Ae co/ziL/zuoLts efacje/— ou*c /¡¿ccs/rtcc //Alfs is- оf Tnter. Con f. X/ ¿AA^AS , d/SSA!, /7?алс

45. Токтогонов С.Л., Чокоев Э.С., Чылымов А. Стационарная лазерной-дуговая плазма для атомно-эмиссионного анализа // EUG, 1992, т.56, №1, с.112-115.

46. Чокоев 3.G., Бейшекеева Г.Д., Токтогонов С.А. и j|p. Некоторые особенности взаимодействия лазерного излучения в твердыми материалами // Мат. Межд.конф."Физика и техника плазмы",Минск,1994, т.1, с.39-41.

литература

I. Соболь ЭЛ., Углов A.A. // ФиХОМ, 1983, Ий, 0.3-17. 2. Любов Б.Я., Соболь Э.11. //Ш,1976 ,5.46 ,№17,0.1517-1521.

3. Ившщов Г .11. //ДАН СССР, 1947, f.58,'IM, о. 567-569. . •

4. Инденбом В.Л., Шефтер Э.М. // Письма в S3M, 1966, т.4, №7, с.258-262.

5. Тихонов А.Н., Самарокий A.A. Уравнения математической физики;-М: Наука, 1972.

6. Углов A.A..и др. // ФиХОМ, 1977, Кб, о.10-18.

7. Клюев Ю.А. и др. //Алмазы, 1972, в.5, с.5-10.

8. Кутателадзе G.G., Боришанокий В.И. Справочник по теплопередаче.-М: Госэнергоиэдат, 1950, 414 е.

9. Коздоба Л.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности.--М: Наука, 1975, 425 е.

10. Ошемков G.B., Петров A.A. // ЖП6, 1985, т.43, КЗ, с.359/376. И.Гордов A.I1. Основы пиромеарии.- М: Металлургия, 1971.

ШРАЮШЛ ЛАЗЕР ИУРУНУН КАТУУ МАТЕРИАЛЦАР МЕНЕН APAKEJTTEaC/YCYHYH ТЕПЯОФИЗИКШК ПРОЦЕССТЕРИ.

АННОТАЦИЯ .

Материалдарцц мвханикалык иштэтууден жылуулук жолдору меш?:? иштвтууге втуу илимий-техникалык прогресстин негизги факторлору-нуи Оири болуп эсэптелет.Бул ни, мур.до аз сейрок же болбосо стоцифюсалык шарттарда гана изшщенилген матяриалдар менчн узгул-туксуз ИК лазер нурунун iJITI> аракбттешууеунун фуиламонгаддик фи-зикаснн изюдввйвргв ариалган. Эксиврименттераб ар капдай таптеги СОр кана АКТ лазчрлери, оптикалык, сп^ктроскотшлиь: кана ооцилло-графтьгк диагностика ыкмаларц колдонулду. Изилденген таплофизшсэ-лык процесстврдин кьазист&ционардык моделдя>р шг^лип чнкти.

йштин негизги зшйнитыктарын чшавкуч» тукнтууга болот:

- Ж JIH каратылштагы диссоциация-дануучу ыатериалдар мании болгои араквттеитус'гнун таплофнзикалик с^в-гтолуаг/ ж&нунцегу не-гизги тушунуктер мрамор менвн граниттин миеалшда йнуктурулду;

: - Морт минералдарды лазэрдик тврмосындыруу икм&сишн лоро-пвктиваларнн аннктоого колдонулуучу, тунук аыв« матеркалдардаги твмпературалык капа ички чццалуу талааларшшн кпазистационардак модвлдври еяуктурулду;

- Синтетикалык алмаздын монокристалдаршши ички ддфекттвриш контактсцз турде Ж менвн араквт этуу аркнлуу лаоердик бвкемдве ыкмасы инталии чыктн кана нвгиоцелди;

- Мета-рдн сууда лазврдик иштетуудегу а>шн Свтшшк бышыкталу;'

процессии, негиздевчу цкма мвнен комгоюкстик изилцаелор жургузул-ду;

- Темвнку токтук жаа турундегу разряд аракет этквндеги зро-зиондук-лазердик жалын тузуучу туракгуу лазврдик-жаалык плаз-манын ногизиндеги сгшктралдык анализ хургузуу ыкмасы нвгизделди.

..r>

HEAT PHYÜCAL PKOCESSEÜ OF №RA-RHJ LASER fWDlAl tOffS IU1ERACTIOIIWITM SOLD MATERIALS.

AbstracL

The passege (com meclianical beatmenl of materiab is oos of Uta detsmamg lacters ol scisfChctechrtteil Prostess. Tito piRSBin wcik 13 devoted la tondamental researctnng cf physka ol tritcractäm ol conisiucs m№Kod teer m<Ji?i№n as wiih jnsutficiently exptored materials, so wuh knoM matofials, but ii specific condätons ot ntsnc-lion. In expeiiments used dilteren® types ol continues 002 and IAü lascra, opfecal, specfcoskopy «jkJ tßciäogiaphy moftexts of flwgmw'ik l( was wonai out quasistatranaiy nwdeäs o(ressrciisd fcsrmsi prosess.

Ihn main (««Ks of invcstigation are laSows

m pxs»r)|)!ps ol maibl ami grumte devctepsu main fetera efccul Iharr.sl ptefcfa of infra-cal tos» rtx£ation's Ki'isi vfUh natural di-wociate mateiiate;

- »(Rvcinpwl (¡wasislaliofiaiy rrKwe'3 ol tempcfetura cni interiot st/css fekls in cpsqta tnstetteb, ussd tcr (Me.nniiwut iw^iootives of Issw themrnl ctemtg ol ftagite nräaeJs;

• wniti ')ui mothods ol laset strengteimg ol cintetic dismond monociystal by way ol noncontsct mtoractiot) by laici ladistson cm m'.riw (Htects.

• wik mit nompie* iRsesrchiivj ol precessss, cccurfng in irwtsb, wtest tl fodiatcd by lasw in mftf, In ortfar b gfwmtt th« nifthnds o( swfscs tistdßninq.

-gtr>w№if tfw (PRttmi ol specfrsl anaiys based ort sWxrtiiy tassf-öc pbsnw, generataa by intsacSon of currcrt »rn chsrge wirti ort>wn teer torch.