Handbook of Liquids-Assisted Laser Processing pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Kruusing, Arvi

出品人:

页数:464

译者:

出版时间:2007-12

价格:220

装帧:HRD

isbn号码:9780080444987

丛书系列:

图书标签:

Laser processing
Liquid-assisted laser processing
Materials processing
Surface modification
Microfabrication
Laser ablation
Laser polishing
Nanomaterials
Thin films
Precision engineering

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具体描述

Laser processing of solid materials has been commonly performed in gas ambient. Having the workpiece immersed into liquid, having a liquid film on it, or soaking the material with liquid gives several advantages such as removal of the debris, lowering the heat load on the workpiece, and confining the vapour and plasma, resulting in higher shock pressure on the surface.

Introduced in the 1980s, neutral liquids assisted laser processing (LALP) has proved to be advantageous in the cutting of heat-sensitive materials, shock peening of machine parts, cleaning of surfaces, fabrication of micro-optical components, and for generation of nanoparticles in liquids. The liquids used range from water through organic solvents to cryoliquids.

The primary aim of the book is to present the essentials of previous research (tabulated data of experimental conditions and results), and help researchers develop new processing and diagnostics techniques (presenting data of liquids and a review of physical phenomena associated with LALP). Engineers can use the research results and technological innovation information to plan their materials processing tasks.

Laser processing in liquids has been applied to a number of different tasks in various fields such as mechanical engineering, microengineering, chemistry, optics, and bioscience. A comprehensive glossary with definitions of the terms and explanations has been added.

The book covers the use of chemically inert liquids under normal conditions. Laser chemical processing examples are presented for comparison only.

- First book in this rapidly growing field impacting mechanical and micro/nano-engineering

- Covers different kinds of liquid-assisted laser processing of a large variety of materials

- Covers lasers emitting from UV to IR with pulse lengths down to femtoseconds

- Reviews over 500 scientific articles and 300 inventions and tabulates their main features

- Gives a qualitative and quantitative description of the physical phenomena associated with LALP

- Tabulates 61 parameters for 100 liquids

- Glossary of over 200 terms and abbreviations

液体辅助激光加工技术手册导言：颠覆性的材料加工范式在现代制造业和前沿科学研究领域，对材料进行精确、高效和多功能的加工已成为推动技术进步的关键。传统的机械加工方法在面对高硬度、高脆性材料，或需要极高表面质量和微纳尺度精度的应用时，往往力不从心。激光加工技术，凭借其高能量密度、非接触性和出色的空间分辨率，已成为解决这些挑战的核心工具。然而，单纯的干性激光加工在某些复杂体系中仍存在局限性，例如热影响区的扩大、飞溅物的产生、以及对特定材料体系（如聚合物或生物组织）的损伤。为了克服这些限制，液体辅助激光加工（Liquids-Assisted Laser Processing, LALP）应运而生，并迅速发展成为一种强大的、多功能的材料处理范式。本书《液体辅助激光加工技术手册》旨在系统、全面地梳理和阐述LALP领域的理论基础、核心机制、关键工艺参数、实验技术，以及在各个应用领域中的实际操作与前瞻性展望。本书内容深度聚焦于“液体辅助”这一核心要素如何与激光相互作用，从而实现对材料性能的精细调控。 --- 第一部分：液体辅助激光加工的基础物理与化学本部分奠定了理解LALP现象所需的理论基石，重点探讨了激光与液体介质在纳秒、皮秒乃至飞秒时间尺度上的复杂耦合机制。第一章：激光与液体的相互作用基础本章详细分析了不同类型的激光（连续波、脉冲激光）与液体（水、有机溶剂、纳米流体、熔融盐等）的能量耦合过程。内容包括： 1.1 激光的吸收、散射与透射模型：液体介质对不同波长激光的特性吸收曲线，以及光束在液体中的传播衰减规律。 1.2 等离子体生成与动力学：在液体界面或液体内部，激光诱导的击穿（Laser-Induced Breakdown, LIB）现象。探讨了早期等离子体的形成、膨胀、以及其对后续激光脉冲的屏蔽效应。 1.3 冲击波的产生与传播：激光能量在液体中迅速沉积导致的瞬时热膨胀和空化过程，产生的强烈的液体冲击波（Pressure Wave）及其在加工区域的影响。第二章：空化效应与微射流动力学空化泡（Cavitation Bubble）的形成、演化和溃灭是LALP过程中的核心物理现象。 2.1 空化泡的成核、生长与溃灭模型：从热力学和动力学的角度解释不同激光参数下空化泡的尺寸、寿命和几何形状。 2.2 溃灭过程中的能量释放：聚焦于空化泡溃灭时，液体被高速抛射形成的高速微射流（Microjets）的产生机制、速度分布和动量传递效率。探讨微射流在材料表面上的冲蚀（Erosion）和冲击加载（Shock Loading）效应。 2.3 液体作为能量传递介质：分析液体如何通过声辐射、热传递和质量传递（如溶质迁移）来影响加工区域的温度场和应力场分布。 --- 第二部分：核心加工技术与工艺参数控制本部分深入探讨了如何利用液体辅助机制实现对材料的特定形貌和表面特性的控制，并对关键工艺变量进行量化分析。第三章：液体辅助激光烧蚀与切割（LAL-Ablation/Cutting）液体环境对激光烧蚀过程的显著影响。 3.1 烧蚀阈值的变化：液体介质对激光能量耦合效率的改变，以及如何利用液体来降低或提高材料的有效烧蚀阈值。 3.2 飞溅物与残留物的控制：液体（特别是水或惰性溶剂）在捕获和清洗烧蚀产生的微粒、熔融物和氧化物方面的作用机制，实现更清洁的表面。 3.3 适用于脆性材料的精密切割：液体辅助下，如何通过控制空化应力场来引导裂纹扩展，实现高精度、低损伤的玻璃、陶瓷或半导体晶圆的切割技术。第四章：液体辅助表面改性和沉积技术 LALP在材料表面功能化方面展现出的独特优势。 4.1 液体辅助激光熔覆与涂层沉积（LAL-Cladding）：利用液体介质稳定前驱物或纳米粉末，通过激光快速熔化和融合，形成均匀、致密的梯度功能涂层。详细讨论了前驱物在液体中的分散稳定性对涂层质量的影响。 4.2 液体辅助激光诱导的表面氧化与改性：探讨水或氧化性液体在激光照射下产生活性物种（如羟基自由基），用于催化材料表面氧化、钝化或功能化（如TiO2光催化剂的制备）。 4.3 纳米颗粒的制备（PLAL/PLPS）：利用液体作为反应和分散介质，精确控制激光诱导的物质汽化、凝结和快速冷却过程，合成形貌可控、粒径分布窄的纳米材料。第五章：工艺参数的优化与建模本章强调了从实验到理论预测的跨越，以实现工艺的精确控制。 5.1 关键工艺变量的解耦分析：激光重复频率、脉冲能量、液体深度、靶距、以及液体类型（粘度、表面张力、导电性）对加工结果的耦合影响分析。 5.2 过程监控与反馈系统：介绍如何利用高速摄影、光谱分析和声学传感器实时监测空化泡和等离子体的演化，建立闭环控制系统。 5.3 仿真与预测工具：讨论基于计算流体动力学（CFD）和有限元分析（FEA）的数值模型，用于预测液体对激光场和材料响应的动态影响。 --- 第三部分：液体辅助激光加工的应用前沿本部分将理论和技术应用于具体的工程和科研领域，展示LALP的广阔前景。第六章：生物医学与微流控中的应用 LALP在软材料和生物相容性要求高的领域中的独特价值。 6.1 细胞和组织的空间消融与切割：液体作为缓冲和冷却介质，如何将损伤控制在细胞级别，用于神经科学研究或精准外科手术模型。 6.2 微流控芯片的制造与功能化：利用LALP技术，在聚合物或玻璃基底上实现亚微米尺度的通道刻蚀和微结构阵列的构建。 6.3 药物递送系统的构建：通过精确控制液体辅助下的微粒化或胶囊化过程，制备具有特定释放特性的载药微球。第七章：先进材料的精密加工聚焦于LALP在半导体、光学元件和高性能合金中的应用。 7.1 蓝宝石和超硬材料的无裂纹加工：如何利用液体诱导的局部水合/化学作用结合机械冲击，实现对高硬度材料的低温、低应力加工。 7.2 硅晶圆的划片与减薄：优化液体介质以实现对硅基底的垂直切割和高均匀性的表面抛光。 7.3 金属和陶瓷的复合材料制备：液体辅助下，对金属基复合材料（MMC）中增强相（如SiC颗粒）的定向排列和界面改性。第八章：环境与能源领域的创新技术探讨LALP在可持续发展和新型能源器件制造中的潜力。 8.1 液体辅助下的光伏电池制造：用于电极图案化、钝化层刻蚀和薄膜缺陷修复。 8.2 催化剂和储能材料的界面工程：利用液相反应物精确地在基底上沉积高活性催化位点或电极材料。 --- 总结与展望本书最后一部分对液体辅助激光加工技术的发展历程进行了回顾，并着重指出了当前研究面临的挑战，如多尺度耦合的精确建模、新型功能液体的开发以及实时、原位表征技术的不足。展望未来，LALP将朝着更高集成度、更智能化的方向发展，成为实现下一代精密制造和功能材料设计不可或缺的核心技术。本书适合于材料科学、光学工程、机械工程、物理学及生物医学工程等领域的研究人员、工程师和高年级本科生及研究生作为专业参考书或教材使用。通过对液体辅助机制的深刻理解，读者将能够设计出更有效、更精密的激光加工方案，推动相关领域的技术革新。