摘要:
通过激光脉冲在样品表面局部区域形成温度梯度, 引起实验样品内部结构起伏和能量起伏概率加大, 程度加深, 使晶体从熔融的液相亚稳态相变为固相, 实现静电悬浮下高质量可控深过冷激光脉冲触发形核. 通过有限元模拟仿真方法研究不同加热激光束斑直径, 功率为9 W, 功率密度为$ 2.86\times {10}^{8}\;\mathrm{W} \cdot {\mathrm{m}}^{-2} $和$ 1.146\times {10}^{7}\;\mathrm{W} \cdot {\mathrm{m}}^{-2} $的激光对温度梯度场的影响, 得到不同激光束斑直径下熔融样品局部温度梯度场分布结果. 采用直径为2 mm锆材料样品, 研究在较小激光束斑直径下, 不同的激光脉冲宽度与过冷度熔融材料样品触发形核时间尺度变化. 基于经典形核理论, 通过16组不同过冷度, 每组20次自发形核的数据统计分析, 得到锆材料样品在不同过冷度下从母相熔体的亚稳态向固相移动所需时间的变化关系. 在此基础上, 开展激光脉冲束斑直径为0.2 mm的波长为936 nm, 样品为锆材料激光脉冲触发形核实验研究. 实验结果表明, 锆材料在过冷度为195 K ± 3 K, 样品形核凝固过程中所需的时间比自发形核所需时间降低3/4, 高质量可控地使熔融样品在不同过冷度下触发形核.
