激光表面纹理化过程中的Rayleight-Taylor不稳定性.pdfVIP

　第 12 卷　第 6 期 强 激 光 与 粒 子 束 . 12, . 6　 V o l N o 　2000 年 11 月 H IGH POW ER LA SER AND PA R T ICL E BEAM S N ov. , 2000　 ( ) 文章编号: 1001- 4322 2000 06- 0685- 04 激光表面纹理化过程中的 - 不稳定性 Rayle igh Taylor 黄　峰, 　楼祺洪, 　于天燕, 雷　博, 　董景星, 　 魏运荣, 　 范滇元 ( 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 800-216 信箱, 上海 201800) 　　摘　要: 　用表面纹理化的热模型, 分析了固体表面的熔化和重固化的物理过程, 计算了 在纹理化过程中的表面温度、穿透深度、熔化深度、相面移动速度等物理量, 提出了 R ayleigh T aylo r 不稳定性形成周期化结构的机理。 　　关键词: 　热模型; 纹理化; 不稳定性 　　中图分类号: TN 241　　　　文献标识码:A 　　激光辐照固体表面引起的表面熔化, 会在固体表面引起一些周期性的结构, 称之为表面纹理化, 表 [ 1 ] 面纹理化在材料表面处理中有重要作用, 如聚四氟乙烯表面纹理化后, 可以增加材料的亲和性 。常见 的图案有钯( ) [ 2 ] , 半导体 ( ) Pd 材料的同心圆结构, 金属材料的点凸起和山脉结构 Si 100 材料的周期圆锥 [ 3 ] [ 4 ] 结构 , Ge 材料的直条纹结构 , 还有磁盘材料的墨西哥宽边帽, 周期性新月型结构。我们在研究激光 增强合成纤维拒油性时, 还发现周期性垂直于纤维轴线的柱状组织结构。 　　光在固体表面由于缺陷或尘埃粒子产生散射光, 而散射光和入射光是相干的, 受到干涉调制的光辐 射到材料上, 在材料表面形成干涉图案, 这种干涉图案基本可以用简单的几何光学解释, 点散射和线缺 ( ) 陷散射的图案已经被观测到 Pd 材料和 Ge 材料 , 但是这种干涉图案的周期和入射光波长是同数量级 的, 而激光照射金属或高分子材料表面, 会形成周期为 4～ 15m 的组织, 和波长并不是同数量级, 上述 理论并不能很好的解释这种激光表面纹理化的过程。 　　另一种理论解释为在聚焦激光的照射下, 材料熔化, 在材料表面形成温度梯度, 液体将从低表面张 力向高表面张力流动, 形成中间突起, 这种解释并没有解释均匀激光纹理化。在流体力学中, R ayleigh [ 5 ] T aylo r 不稳定性可以产生周期性结构 , 这种理论也可以用来解释金属和合成纤维激光纹理化产生周 期性结构。在均匀的激光照射下, 在材料表面并没有产