УДК: 621.785

Кристаллизация металлов в условиях сверхбыстрого охлаждения при обработке материалов ультракороткими лазерными импульсами

Завестовская И.Н., Канавин А.П., Менькова Н.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Завестовская И.Н., Канавин А.П., Менькова Н.А. Кристаллизация металлов в условиях сверхбыстрого охлаждения при обработке материалов ультракороткими лазерными импульсами // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 6. С. 13–19.

Zavestovskaya I.N., Kanavin A.P., Menkova N.A. Crystallization of metals under conditions of superfast cooling when materials are processed with ultrashort laser pulses [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2008. V. 75. № 6. P. 13–19.

Ссылка на англоязычную версию:

I. N. Zavestovskaya, A. P. Kanavin, and N. A. Men’kova, "Crystallization of metals under conditions of superfast cooling when materials are processed with ultrashort laser pulses," Journal of Optical Technology. 75 (6), 353-358 (2008). https://doi.org/10.1364/JOT.75.000353

Аннотация:

Проведено исследование процесса сверхбыстрого охлаждения из расплава, реализуемого при обработке материалов ультракороткими лазерными импульсами. Приведено аналитическое решение кинетического уравнения, описывающего функцию распределения зародышей кристаллической фазы в зависимости от числа содержащихся в них атомов в предположении о существовании в каждый данный момент времени охлаждения достаточно большого числа частиц с размером, превышающим критический, а также что форма зародыша является пластинчатой. Оба условия реализуются на практике при скоростном охлаждении из расплава. Вычислен средний размер кристаллических зародышей, а также определен объем закристаллизовавшейся фазы. Определена как функция параметров режима лазерного воздействия и термодинамических характеристик материала критическая скорость охлаждения, при которой процесс кристаллизации подавлен и возможно образование аморфного слоя.

Коды OCIS: 260.2160, 320.7130

Список источников:

1. Рыкалин Н., Углов А., Зуев И., Кокора А. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. М.: Мир, 1988. 496 с.

2. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлургия, 1982. 280 с.

3. Ильин А.И., Крапошин B.C. Стеклообразованные структуры в металлических сплавах, подвергнутых действию высокоэнергетичных пучков // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. № 6. С. 5-16.

4. Скаков Ю.А., Эндерал Н.В.,Мазорра Х.А., Крапоишн В.С. Аморфные металлические сплавы // Труды Московского института сталей и сплавов. № 147 / М.: Металлургия, 1983. С. 8.
5. Mazzoldi P., Della Mea G., Battaglin G., Miotello A., Servidori M., Bacci D., Jannitti E. Formation of a Noncrystalline Phase in Aluminum Irradiated with a Pulsed Ruby Laser // Phys. Rev. Lett. 1980. V. 44. P. 88.
6. Фирсов А.С., Голуб С.А. Новая метастабильная фаза на основе железа, образующаяся при сверхбыстрой кристаллизации высоколегированной стали // Физика металлов и металловедение. 1988. Т. 65. №7. С. 772-775.
7. Breinan E.M., Kear B.H., Banas C. Processing materials with lasers // Phys. Today. 1976. V. 29. P. 44–50.
8. Koch J., Korte F., Bauer T., Fallnich C., Ostendorf A., Chichkov B. Nanotexturing of gold films by femtosecond laser-induced melt dynamics // Appl. Phys. A. 2005. V. 81. P. 325–328.
9. Vorobyev A.Y., Guo Chunlei. Femtosecond laser nanostructuring of metals // Optics express. 2006. V. 14. № 6. P. 2164–2169.
10. Vorobyev A.Y., Guo Chunlei Femtosecond laser structuring of titanium implants. // Applied Surface Science. 2007. V. 253. P. 7272–7280.
11. Nolte S., Chichkov B., Welling H., Shani Y., Lieberman K., Terkel H. Nanostructuring with spatially localized femtosecond laser pulses // Opt. Lett. 1999. V. 24. № 13. P. 914–916.
12. Koch J., Korte F., Fallnich C., Ostendorf A., Chichkov B. Direct-write subwavelength structuring with femtosecond laser pulses // Opt. Eng. 2005. V. 44(5). P. 051103.
13. Simon P., Ihlemann J. Machining of submicron structures on metals and semiconductors by ultrashort UV-laser pulses // Appl. Phys. A: Solid Surf. 1996. V. 63. P. 505.

14. Завестовская И.Н., Игошин В.И., Канавин А.П., Kaтулин В.А., Шишковский И.В. Теоретическое и численное исследование процессов лазерной аморфизации и получения мелкокристаллических структур // Труды Физического института им. П.Н. Лебедева. 1993. Т. 217. С. 3-12.

15. Шкловский В.А. К теории лазерного остекловывания с учетом кинетики фазового превращения // Поверхность. Физика, химия, механика. 1986. № 6. С. 91-98.

16. Кудинов Г.М., Шмаков В.А. К теории зарождения новой фазы. Аморфизация металлов // Докл. АН СССР. 1982. Т. 264. №6. С. 610-614.

17. Глытенко А.Л., Шмаков В.А. Зарождение и рост новой фазы в металле, оплавленном лазерным импульсом // Докл. АН СССР. 1984. Т. 276.№6.С. 1392-1396.

18. Кристиан Дж. Теория фазовых превращений в металлах и сплавах. Ч. 1. М.: Мир, 1978. 806 с.

19. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкости. Л.: Наука, 1975. 591 с.