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Impact of temporal modulations on laser-induced damage of fused silica at 351 nm

High Power Laser Science and Engineering 2023年第2期11卷 1-9页

作者： c.bouyer R.Parreault N.Roquin J.-Y.Natoli L.Lamaignère cEA cESTA Le BarpFrance Aix-Marseille Univ CNRSCentrale MarseilleInstitut FresnelMarseilleFrance

Laser-induced damage(LID)on high-power laser facilities is one of the limiting factors for the increase in power and energy.Inertial confinement fusion(IcF)facilities such as Laser Mégajoule or the National Ignition Facility use spectral broadening of the laser pulse that may induce power modulations because of frequency modulation to amplitude modulation conversion.In this paper,we study the impact of low and fast power modulations of laser pulses both experimentally and numerically.The MELBA experimental testbed was used to shape a wide variety of laser pulses and to study their impact on LID.A 1D Lagrangian hydrodynamic code was used to understand the impact of different power profiles on LID.

关键词： fused silica high-power laser laser diagnostics laser-induced damage

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锆基大块非晶合金的氧化行为

锆基大块非晶合金的氧化行为

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作者： Paul bouyer 哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

作为一种新型材料,块体非晶合金(BMGs)具有极其特殊的无定形结构。当冷却速度足够快的时候,液态原子来不及有序化而表现出长程无序的原子结构特征,因此,其液态时的状态被冻结起来,这就是非晶合金产生的本质。非晶合金是一类亚稳态的合金... 详细信息

作为一种新型材料,块体非晶合金(BMGs)具有极其特殊的无定形结构。当冷却速度足够快的时候,液态原子来不及有序化而表现出长程无序的原子结构特征,因此,其液态时的状态被冻结起来,这就是非晶合金产生的本质。非晶合金是一类亚稳态的合金,呈现出与晶体相相截然不同的特性。非晶合金没有传统金属材料的晶界、位错等结构,这种特殊的结构特征使得非晶合金具有非常优异的力学、物理以及化学性能,例如,高强度、高硬度、高耐磨性等。在磁性能方面,非晶合金也展现出优异的性能。上述这些性能对于促进非晶合金在实际工业生产中的规模化应用有着意义深远的作用,这种相对较新的材料已经唤醒了科学界的极大兴趣,特别是对于大块非晶合金(BMGs)的研究。此外,还可以进一步开发那些具有三维大尺寸的非晶态合金材料用于未来的在极端条件下的应用。在本文研究中,我们选择了Zr50.7cu28Ni9Al12.3块体非晶合金(BMG)作为模型材料,研究了其氧化行为以及氧化机理。非晶合金氧化测试的环境如下,在400°c,430°c(Tg),460°c和520°c(Tx)的四个温度下进行非晶合金的氧化测试,并且在同种的温度下保持不同的氧化时间,研究氧化后样品的结构特征,借此阐述其扩散模型。因此,可以在过冷液相区域的外部,在过冷液相区域的外部和内部探索非晶合金氧化机制。本研究分为以下几个部分:(1)大块非晶合金氧化测试样品的制备。选择合适的氧化持续时间使得我们可以在晶化发生之前和之后研究氧化过程。氧化试验后,需要对样品进行各种分析。(2)分析非晶样品在不同持续时间下以及在不同温度下氧化后的样品的微观结构。通过不同的方法研究非晶合金样品的氧化皮和基体的相组成,并观察样品的表面形貌以及组织组成。(3)分析了非晶样品随着氧化温度以及氧化时间的不同,从氧化物表面到氧化物/基体界面的各组元元素含量的不同,并提出了非晶合金的氧化模型。最后,研究了非晶合金在氧化后氧化皮和基体的微观结构以及在氧化过程中的非晶合金组元元素的扩散机制。对非晶合金的氧化试验表明,在氧化开始阶段,氧化速率随着非晶合金氧化温度增加而增加。然而,对于在520°c测试条件下,氧化后达到稳定状态的样品,其氧化速率在开始阶段快速的下降,几个小时后,460°c氧化条件下的样品的氧化速率也开始下降。最后,在430°c温度条件下,一段时间后观察到每单位面积的质量增加的演变规律亦呈现出相同的变化趋势。相反,在400°c温度条件下氧化的样品的氧化动力学遵循准线性规则的变化趋势,在氧化实验的最后阶段出现一个较小的变化。非晶合金样品在接近过冷液相区域的温度下氧化时,在热力学、动力学中观察到的变化主要是由于非晶基体的晶化导致。实际上,发现非晶态Zr-Al-Ni-cu合金比它们的晶化对应物具有更小的抗氧化性。在520°c,Zr-Al-Ni-cu非晶合金立即开始晶化,因此出现了氧化实验开始阶段,在热力学、动力学上的突然变化。显而易见,在400°c,氧化温度显然低于玻璃化转变温度时,在大部分氧化实验过程中,合金基体皆保持非晶态结构。对非晶合金的氧化样品进行XRD分析,结果表明,对于在400°c测试温度条件下氧化的非晶样品,其表面在氧化时间270分钟之前一直保持非晶态结构,产生的第一种结晶化合物是四方晶Zr O(t-Zr O),氧化390分钟后出现单斜氧化锆。在430°c下测试温度条件下氧化的样品的表面在120分钟之前变为完全晶态,此时已经存在结晶铜。在氧化时间约270分钟时,产生了单斜氧化锆与一些氧化铜。对于较长的氧化持续时间,样品内发生结晶金属化合物,标定为Al5Ni3Zr。对于在460°c下氧化的样品,观察到相似的研究结果,不过,晶化产物出现的时间缩短。然而,在600°c测试温度条件下,样品内检测到新的结晶相cu10Zr7。在520°c测试温度条件下,氧化的样品在早期阶段其表面完全晶化,随后,在该持续时间,m-Zr O已经与晶体cu和cu O一起存在。之后,cu10Zr7和一些其它的Ni10Zr7晶体同时出现。对非晶合金的氧化样品进行X射线衍射(XRD)分析显示,非晶合金在经历氧化之后产生的氧化皮在低温(400°c)状态下或短时间的退火情况下主要由t-Zr O构成。随着氧化时间的增加以及测试时氧化温度的增加,在非晶氧化皮中出现结晶cu和cu O,同时一起出现了一些m-Zr O。研究发现,m-Zr O的出现对应于结晶现象的开始。在氧化过程中,t-Zr O转化为m-Zr O。随着氧化的持续时间增加,t-Zr O和m-Zr O峰的高度之间的斜率减小。虽然这种现象在其它氧化温度的时候也出现了,但是在520°c更清晰地展现出来。这与对BMG的其它研究所揭示的氧化理论一致,即在氧化期间,亚稳t-Zr O转化为m-Zr O。通过XRD没有检测出Al2O3的存在,可能是由于其在氧化物层中的含量太小。金属结晶相的测定也受到XRD的限制,因为峰很小并且彼此非常接近,所以,难

关键词：氧化行为块体非晶合金晶化非晶扩散

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