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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