レーザ照射による金属および半導体の溶融・蒸発過程の研究

激光辐照金属和半导体熔化和蒸发过程研究

• 批准号: 06230203
• 负责人: 大村 悦二
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06230203/
• 关键词: レーザ加工; コンピュータシミュレーション; 分子動力学; 溶融; 蒸発; 熱衝撃; 超微粒子

穴あけ,切断などで用いられるレーザ加工では,超微粒子やプラズマの生成など,複雑な溶融・蒸発現象が伴う.これらの現象を微視的に明らかにするには,材料を連続体としてではなく,原子,分子の集合体として扱わなければならない.原子オーダでの解析,シミュレーションの手段として,分子動力学の適用が考えられる.分子動力学は,極微小な切削や研削など機械加工のシミュレーションに用いられた例はあるが,レーザ加工に適用された例は見当たらなかった.そこで,本研究では,吸収係数を考慮した結晶のレーザ光吸収モデルを提案し,レーザ照射による材料の溶融・蒸発現象の分子動力学シミュレーションを試みた.本年度は,銅,アルミニウム,鉛の単結晶fcc金属を対象として,材種による熱衝撃現象や蒸発形態の相違を中心に検討した.シミュレーションによって得られた結論を要約すると,以下のようになる:(1)レーザ照射により材料内に熱衝撃波が伝播する.特に爆発的に蒸発するとき大きな圧縮場が生じる.(2)熱衝撃波の伝播速度は材料の弾性波速度であり,レーザのパワー密度によらず一定である.(3)蒸発粒子の形態はレーザのパワー密度に依存し,パワー密度が高いと原子は小さなクラスターとなってバラバラに飛び散るのに対して,パワー密度が小さい場合,比較的大きなクラスターを形成して,表面から剥離するように飛び出す.(4)以上の諸現象は,材種の点から見ると,2原子間のポテンシャルの井戸の深さに依存する.(5)溶融から蒸発に至る過程では,表面近傍に多くの小さな気泡が生じ,それらが成長するにつれて,隣接する気泡同士が一部つなぎ合わさって大きな気泡となる.そのとき,クラスタが形成され,ちぎれるようにして蒸発する.(6)比較的大きな気泡ができても,クラスタ化するに至らず,やがて気泡がしぼんで,ついには消滅してしまう場合もある.そのときは顕著な蒸発は生じない.

The ultra-fine particles are produced by cutting off, melting and evaporating. The phenomenon of "Weishi app" is a phenomenon in which materials, atoms and molecules are aggregated. The application of molecular dynamics to the analysis of atomic energy, molecular dynamics and molecular dynamics. Molecular dynamics, micromachining and machining In this study, the absorption coefficient was taken into account, and the molecular dynamics of the melting and evaporation phenomenon of the material under irradiation was studied. This year, copper, aluminum, lead and single crystal fcc metals are discussed in relation to thermal shock phenomena and phase contrast in material species. The following conclusions were drawn:(1) Thermal shock wave propagation in materials under irradiation. Special explosion of the steam generated by a large number of compression field generation. (2)The propagation velocity of thermal shock wave is different from that of material. (3)The morphology of vapor particles depends on the density of the particles. When the density is high, the particles are small, and the particles are small. (4)The above phenomena depend on the material species and the depth of the well. (5)In the process of melting and evaporation, many small bubbles are formed near the surface, and many adjacent bubbles are formed. All right, all right. (6)Compare the big bubble to the big bubble, the big bubble to the big bubble. It's not like you're going to be able to do that.

项目成果

大村悦二: "レーザ照射による金属の溶融蒸発シミュレーション" 高温学会誌. 20. 228-235 (1994)

Etsuji Omura：“通过激光照射模拟金属的熔化和汽化”《高温科学学会杂志》20. 228-235 (1994)。

Etsuji Ohmura: "Study on Thermal Shoch Pheromena due to Laser Irradiation Using Molecutar Dynamics" International Journal of the Japan Society for Precision Engineering. (掲載予定).

Etsuji Ohmura：“Study on Thermal Shoch Pheromena due to Laser Irradiation using Molecutar Dynamics”（日本精密工程学会国际期刊）。