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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 激光加工技术面临的挑战 1

1.3 溶液辅助激光加工技术 2

1.4 溶液辅助激光加工的方式 5

1.4.1 较低激光功率的溶液辅助激光加工 5

1.4.2 高激光功率的溶液辅助激光加工 6

1.4.3 激光束和水射流分开布置 7

1.5 本书探讨的几个问题及其意义 8

1.5.1 激光—溶液—固体交互的过程 8

1.5.2 溶液辅助激光加工中的流场分析 8

1.5.3 溶液辅助激光加工的热力效应 9

1.5.4 分子动力学模拟仿真 9

1.5.5 溶液辅助激光加工的实验研究 10

第2章 激光—溶液—固体交互的过程 11

2.1 相变现象 11

2.1.1 总体现象 11

2.1.2 从液体自由表面汽化 12

2.1.3 蒸气气泡的成核 13

2.1.4 气泡动态 15

2.2 液体的光学击穿和等离子体 17

2.3 液体和固体中的冲击波 24

2.4 空化 27

2.5 射流的产生 30

2.6 高温水和水蒸气中氧化物的行为 31

第3章 溶液辅助激光加工中的流场分析 34

3.1 喷嘴内流场的数值模拟 34

3.1.1 数值分析过程 34

3.1.2 仿真结果分析 35

3.1.3 理论验证 38

3.1.4 小结 39

3.2 喷嘴外流场的数值模拟 40

3.2.1 数值分析过程 40

3.2.2 仿真结果分析 43

3.2.3 理论验证 46

3.2.4 小结 46

3.3 喷嘴布局对流场特性的影响分析 47

3.3.1 流场特性分析过程 47

3.3.2 仿真结果分析 49

3.3.3 小结 53

3.4 不同装置的流场特性分析 53

3.4.1 水流装置的模型 54

3.4.2 仿真结果分析 55

3.4.3 小结 57

3.5 SPH流场动态仿真分析 58

3.5.1 光滑粒子动力学原理 58

3.5.2 SPH方法基本方程 58

3.5.3 材料的状态方程 60

3.5.4 熔融物喷溅结果分析 62

3.5.5 小结 64

第4章 溶液辅助激光加工的热力效应 65

4.1 激光微加工过程中的热效应研究 65

4.1.1 溶液中激光与物质相互作用的热效应 65

4.1.2 热传导方程的求解方法和精度 66

4.1.3 激光加热溶液中物质的热效应求解方法 70

4.1.4 小结 72

4.2 连续激光电化学微加工金属的热效应仿真分析 72

4.2.1 激光定点刻蚀时瞬态温度场的数值模拟 72

4.2.2 激光扫描加工时瞬态温度场的数值模拟 77

4.2.3 小结 80

4.3 脉冲激光电化学微加工过程中的热力效应研究 81

4.3.1 准分子激光作用溶液中物质产生瞬态温度场的分析 81

4.3.2 溶液中激光与物质相互作用的力学效应 83

4.3.3 小结 92

4.4 水射流激光加工的热应力分析 92

4.4.1 模型参照 93

4.4.2 模型构建方法 94

4.4.3 结果分析 96

4.4.4 小结 102

第5章 溶液辅助激光加工的分子动力学模拟 104

5.1 高能量短脉冲激光作用水分子的动力学模拟 104

5.1.1 模型构建及计算方法 104

5.1.2 模拟结果及分析 108

5.1.3 小结 109

5.2 高能量短脉冲激光作用铜原子的动力学模拟 110

5.2.1 模型构建及计算方法 110

5.2.2 模拟结果及分析 112

5.2.3 小结 114

5.3 高能量短脉冲激光作用水下铜原子的动力学模拟 115

5.3.1 模型构建及计算方法 115

5.3.2 模拟结果及分析 116

5.3.3 小结 121

第6章 溶液辅助激光加工的实验研究 122

6.1 连续激光电化学微加工的实验研究 122

6.1.1 半导体激光电化学刻蚀金属的实验研究 122

6.1.2 半导体激光电化学微加工不锈钢的机理分析 126

6.1.3 与刻蚀硅材料对比分析 127

6.1.4 小结 128

6.2 脉冲激光电化学微加工的实验研究 128

6.2.1 准分子激光电化学刻蚀硅工艺的实验研究 129

6.2.2 与激光直接刻蚀硅工艺的对比分析 135

6.2.3 准分子激光电化学刻蚀硅的机理分析 136

6.2.4 对比分析 140

6.2.5 小结 143

6.3 溶液辅助激光加工实验研究 143

6.3.1 实验条件 144

6.3.2 传统激光划片工艺 146

6.3.3 水下激光划片工艺 148

6.3.4 水射流激光划片工艺 149

6.3.5 小结 151

6.4 溶液辅助激光加工过程中的自聚焦现象 151

6.4.1 自聚焦理论 151

6.4.2 实验过程 154

6.4.3 水射流激光划片中的自聚焦现象 155

6.4.4 小结 157

参考文献 158