Tàthadh beam laser, leis a’ luaths àrd, mionaideachd àrd agus feartan neo-chontact aige, tha e air a chleachdadh gu farsaing ann an raointean leithid chàraichean, aerospace, agus innealan dealanach, gu sònraichte a’ sealltainn bhuannachdan sònraichte ann an ceangal stuthan eadar-dhealaichte. Ach, tha na sgàinidhean cruadhachaidh (Sgoltadh Cruadhachaidh) a chruthaichear rè a’ phròiseas tàthaidh mar aon de na prìomh lochdan a tha a’ cuingealachadh a chleachdadh gnìomhachais. Mar as trice bidh na sgàinidhean seo a’ tachairt aig deireadh cruadhachaidh anns an raon leaghadh (Sòn Leaghadh), air am brosnachadh le buaidhean còmhla cuideam teirmeach, crìonadh cruadhachaidh agus am film leaghaidh air crìochan a’ ghràin, a’ lughdachadh gu mòr feartan meacanaigeach agus beatha sgìths a’ cho-bhanntachd.
1. Dòigh-obrach cruthachaidh
Tha prìomh dhòigh sgàinidhean cruadhachaidh na laighe anns an fhilm leaghaidh a tha air fhàgail aig crìochan a’ ghràin aig deireadh an cruadhachaidh. Rè a’ phròiseas cruadhachaidh, tha an amar leaghte air a roinn ann an trì sònaichean: an sòn leaghaidh shaor, an sòn leaghaidh cuibhrichte, agus an sòn cruaidh, mar a chithear ann am Figear 1. Anns an sòn leaghaidh cuibhrichte, tha sruthadh an leaghaidh air a bhacadh agus chan urrainn dha dìoladh a dhèanamh airson an cuideam a thig bho chrìonadh cruadhachaidh, agus mar thoradh air sin tha dealachadh crìoch a’ ghràin ann. Tha an co-mheas eadar lùth crìoch a’ ghràin (γgb) agus lùth eadar-aghaidh cruaidh-leachtach (γsl) a’ dearbhadh seasmhachd an fhilm leaghaidh: ma tha γgb < 2γsl, tha am film leaghaidh neo-sheasmhach agus bidh co-aonadh a’ tachairt; air an làimh eile, tha am film leaghaidh seasmhach agus tha coltas ann gun tòisich sgàineadh.
A bharrachd air sin, tha cruthachadh sgàinidhean cruadhachaidh cuideachd co-cheangailte ri feartan meatailteach nan stuthan. Tha feartan cruadhachaidh sònraichte aig diofar stuthan, leithid raon teòthachd cruadhachaidh, ìre crìonadh cruadhachaidh, agus sgaoileadh eileamaidean aloidh, msaa. Bidh na feartan seo a’ toirt buaidh air cugallachd sgàinidhean. Mar eisimpleir, ann an stuthan anns a bheil meud mòr de ìrean eutectic aig ìre leaghaidh ìosal, tha cugallachd sgàinidhean cruadhachaidh nas àirde leis gu bheil na h-ìrean eutectic seo buailteach filmichean leaghaidh leantainneach a chruthachadh rè cruadhachadh, agus mar sin a’ neartachadh cruthachadh sgàinidhean.
Rè napròiseas tàthaidh leusair, bidh buaidh aig paramadairean tàthaidh leithid cumhachd leusair, astar tàthaidh, agus meud spot air cruthachadh sgàinidhean cruadhachaidh. Bidh na paramadairean seo a’ toirt buaidh air an teas a thèid a chuir a-steach agus an ìre teòthachd rè a’ phròiseas tàthaidh, agus mar sin ag atharrachadh structar an tàthaidh agus morf-eòlas a’ ghràin. Mar eisimpleir, bidh cumhachd leusair nas àirde agus astar tàthaidh nas ìsle ag adhbhrachadh barrachd teas a thèid a chuir a-steach agus ìre fuarachaidh nas slaodaiche, a bhrosnaicheas fàs chriostalan colbhach agus a mheudaicheas cugallachd nan sgàinidhean. Air an làimh eile, bidh cumhachd leusair nas ìsle agus astar tàthaidh nas àirde ag adhbhrachadh barrachd teas a thèid a chuir a-steach agus ìre fuarachaidh nas luaithe, a’ comasachadh cruthachadh criostalan co-ionann agus a’ lughdachadh cugallachd nan sgàinidhean.
2. Ceumannan casg
Gus casg a chur gu h-èifeachdach air na sgàinidhean cruadhachaidh ann antàthadh leusair, tha luchd-rannsachaidh air diofar ro-innleachdan a mholadh, a tha gu sònraichte ag amas air smachd a chumail air structar a’ ghràin, na paramadairean tàthaidh a bharrachadh, agus feartan an stuth a leasachadh. Le bhith a’ mìneachadh structar a’ ghràin, faodar àireamh chrìochan a’ ghràin a mheudachadh, agus faodar dùmhlachd dùmhlachd cuideam a lùghdachadh, agus mar sin a’ lughdachadh cruthachadh sgàinidhean. Tha sgrùdaidhean air sealltainn, le bhith a’ cleachdadh teicneòlas crathadh beam laser, gun gabh criostalan colbhach a thionndadh gu criostalan co-ionann mìn gun stuthan eile a chur ris. Faodaidh crathadh beam laser lùth laser a sgaoileadh, ag adhbhrachadh gum bi an amar leaghte a’ gineadh aimhreit, agus mar sin a’ briseadh stiùireadh fàis criostalan colbhach agus a’ brosnachadh cruthachadh criostalan co-ionann, mar a chithear ann am Figear 3. A bharrachd air an sin, faodaidh crathadh beam laser leud an amar leaghte a mheudachadh, an caisead teòthachd a lùghdachadh, agus ùine cruadhachaidh an amar leaghte a leudachadh, a tha a’ brosnachadh sgaoileadh stuthan soluted agus ath-lìonadh fhilmichean leaghaidh, agus mar sin a’ lughdachadh cugallachd sgàinidhean cruadhachaidh gu mòr.
Sgaoileadh fhilmichean leaghaidh crìche gràin fo dhiofar chumaidhean amar.
Diagram sgemataig den amar leaghte tàthaidh, a, b) gun chreathadh, c, d) crathadh taobhach, e, f) crathadh fad-ùine, g, h) crathadh cuairteach.
A bharrachd air angath leusairTeicneòlas crith, a’ cleachdadh stòran leusair dùbailte, ’s e seo aon de na dòighean èifeachdach airson sgàinidhean cruadhachaidh a chumail fodha. Faodaidh stòran leusair dùbailte an cruth-atharrachadh bho chriostalan colbhach gu criostalan co-ionann a choileanadh le bhith ag adhartachadh a’ chearcall teirmeach, agus mar sin a’ lughdachadh meud a’ ghràin agus dùmhlachd na deformachaidh. Mar eisimpleir, nuair a thathar a’ cleachdadh leusair CO₂ mar am prìomh thùs teas agus leusair cuisleach Nd:YAG mar an stòr teas cuideachail, faodar cearcall teirmeach leasaichte a chruthachadh rè tàthadh, a’ brosnachadh cruthachadh criostalan co-ionann agus a’ lughdachadh cugallachd sgàinidhean cruadhachaidh, mar a chithear ann am Figear 4.
Tha leasachadh pharaimeatairean tàthaidh cuideachd na dhòigh chudromach airson sgàinidhean cruadhachaidh a chumail fodha. Le bhith ag atharrachadh pharaimeatairean leithid cumhachd laser, astar tàthaidh, agus meud spot, faodar smachd a chumail air an teas a chuir a-steach agus an ìre teòthachd rè a’ phròiseas tàthaidh, agus mar sin a’ toirt buaidh air structar cruadhachaidh agus morf-eòlas a’ ghràin. Tha sgrùdaidhean air sealltainn gun urrainn do làimhseachadh ro-theasachaidh an ìre fuarachaidh a lughdachadh, cruthachadh criostalan co-ionann a bhrosnachadh, agus mar sin cugallachd sgàinidhean cruadhachaidh a lughdachadh, mar a chithear ann am Figear 5. A bharrachd air an sin, faodaidh dòighean leithid tàthadh laser cuisleach agus àrdachadh astar an tàthaidh cuideachd an cruth-atharrachadh a choileanadh bho chriostalan colbhach gu criostalan co-ionann le bhith ag atharrachadh an teas a chuir a-steach agus an ìre fuarachaidh, agus mar sin a’ lughdachadh cugallachd sgàinidhean.
Figear 5. a) Gun teasachadh, b) Gràinean co-aiseach ro-theasichte 300°C.
Nuair a bhios stuthan eadar-dhealaichte gan tàthadh le leusairean, air sgàth nan eadar-dhealachaidhean mòra ann am feartan fiosaigeach is ceimigeach eadar na stuthan, tha todhar eadar-mheatailteach brisg buailteach a chruthachadh, agus is iad sin aon de na prìomh adhbharan airson sgàinidhean cruadhachaidh. Mar sin, tha atharrachadh paramadairean agus roghainnean leusair gus cruthachadh no meud choimeasgaidhean eadar-mheatailteach a lughdachadh cuideachd na ro-innleachd chudromach gus sgàinidhean cruadhachaidh a chumail fodha. Mar eisimpleir, ann an tàthadh leusair de stuthan eadar-dhealaichte copar-alùmanum, le bhith a’ cumail smachd air co-shìneadh beam an leusair agus astar an tàthaidh, faodar an co-mheas measgachadh de chopar agus alùmanum anns an amar leaghte a lùghdachadh, agus mar sin a’ lughdachadh cruthachadh choimeasgaidhean eadar-mheatailteach brisg agus a’ lughdachadh cugallachd sgàinidhean. A bharrachd air an sin, faodaidh cleachdadh stuthan lìonaidh coileanadh an co-bhanntachd tàthaichte a leasachadh agus cruthachadh sgàinidhean a lughdachadh. Faodaidh stuthan lìonaidh cruthachadh choimeasgaidhean eadar-mheatailteach a lughdachadh le bhith ag atharrachadh co-dhèanamh agus meanbh-structar an co-bhanntachd tàthaichte agus cruas an co-bhanntachd tàthaichte a leasachadh.
’S e sgàinidhean cruadhachaidh aon de na lochdan cumanta ann am pròiseasan tàthaidh leusair. Tha an dòigh-obrach cruthachaidh aca iom-fhillte agus tha eadar-obrachadh grunn nithean ann leithid teas, meacanaig, agus meatailteachd. Le bhith a’ sgrùdadh gu domhainn dòigh-obrach cruthachaidh sgàinidhean cruadhachaidh, faodar bunait teòiridheach a thoirt seachad airson sgàinidhean a chumail fodha. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha luchd-rannsachaidh air diofar ro-innleachdan a mholadh gus sgàinidhean cruadhachaidh a chumail fodha, a tha gu sònraichte ag amas air smachd a chumail air structar gràin, paramadairean tàthaidh a bharrachadh, agus feartan stuthan a leasachadh. Tha cleachdadh air dearbhadh gun urrainn dha na ro-innleachdan sin cugallachd sgàinidhean cruadhachaidh a lughdachadh gu h-èifeachdach gu ìre àraidh agus càileachd agus earbsachd tàthaidh leusair a leasachadh. Ach, air sgàth iom-fhillteachd agus iomadachd a’ phròiseas tàthaidh leusair, tha cuid de easbhaidhean fhathast ann an rannsachadh gnàthach. Mar eisimpleir, airson dòighean-obrach casg sgàinidhean cruadhachaidh fo dhiofar stuthan agus suidheachaidhean tàthaidh, tha feum air tuilleadh rannsachaidh domhainn fhathast.
Àm puist: 20 Màrt 2025
