激光誘導空泡空化強化理論與技術 任旭東,袁壽其 科學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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任旭東，袁壽其 著

圖書標籤:

• 激光空化
• 空化強化
• 激光技術
• 材料加工
• 錶麵處理
• 超聲空化
• 流體動力學
• 數值模擬
• 工程應用
• 物理學

店鋪： 河北省新華書店圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030555458

商品編碼：29733143334

包裝：平裝

齣版時間：2018-01-01

基本信息

書名：激光誘導空泡空化強化理論與技術

定價：99.00元

作者：任旭東,袁壽其

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-01-01

ISBN：9787030555458

字數：

頁碼：208

版次：01

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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激光空化強化技術是一種新型的材料錶麵改性處理技術。《激光誘導空泡空化強化理論與技術》詳細闡述激光誘導空泡空化強化並抑製空蝕的理論和技術。在總結激光空化強化技術的理論、應用和發展成果的基礎上，較係統地闡述激光誘導空泡及空化強化的基本理論，研究激光誘導水下空泡的衝擊波力學效應，分析激光空化的機械效應和化學效應，給齣各種材料在激光空化強化的錶麵形貌、殘餘應力、抗空蝕性能等，充分反映激光誘導空泡空化強化技術的先進性與實用性。《激光誘導空泡空化強化理論與技術》還給齣諸多具體的應用實例，具有較好的可讀性和藉鑒性。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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激光誘導空泡空化：一種新興的先進加工技術 前言 在現代工業製造領域，對材料進行精準、高效、無損的加工是永恒的追求。傳統加工方法，如機械切削、磨削等，雖然成熟，但在處理高硬度、脆性材料，或者實現微納尺度的精細加工時，往往麵臨效率低下、損傷嚴重、加工成本高等瓶頸。近年來，隨著激光技術和流體動力學研究的深入，一種名為“激光誘導空泡空化”（Laser-Induced Bubble Cavitation，簡稱LIBC）的新興加工技術逐漸嶄露頭角。它巧妙地結閤瞭激光能量的瞬時釋放與流體動力學中的空化效應，為解決上述挑戰提供瞭全新的思路與方法。 第一章：空化現象的物理基礎 空化，本質上是一種流體在特定壓力條件下發生的相變現象。當流體中的局部壓力下降到其飽和蒸氣壓以下時，溶解的氣體和液體本身就會在局部區域形成微小的氣泡。這些氣泡在周圍流體的壓力作用下迅速生長，並在壓力恢復正常後急劇 implosion（坍塌）。LIBC正是利用瞭這一物理過程，通過激光在液體中進行吸收，産生瞬時的高溫高壓區域，從而誘發並控製空泡的形成與潰滅。 1.1 液體中的壓力波動與空泡的産生 液體在流動過程中，其壓力分布並非均勻。當流速增加時，根據伯努利原理，流體壓力會降低。然而，LIBC中的空泡産生機製更為復雜，主要源於激光與液體的相互作用。激光束聚焦於液體內部，其強大的能量被液體吸收，導緻吸收區域的溫度急劇升高，進而産生高壓。這種局部的瞬時高壓會嚮四周傳播，並在一定範圍內引起壓力降低。當局部壓力低於液體的飽和蒸氣壓時，液體分子便會脫離液相，形成氣泡。 1.2 激光誘導空泡的形成過程 激光誘導空泡的形成是一個動態過程，通常包括以下幾個階段： 激光吸收與加熱： 激光束被液體介質吸收，能量轉化為熱能，使吸收區域的溫度迅速升高。 蒸氣泡的生成： 當局部溫度超過飽和溫度時，液體會迅速汽化，形成微小的蒸氣泡。 空泡的生長： 在周圍流體壓力低於內部蒸氣壓的驅動下，蒸氣泡開始膨脹生長。 空泡的潰滅（Implosion）： 隨著激光能量的耗盡或流體壓力的變化，空泡內部的蒸氣壓降低，而周圍流體的靜水壓力則會使其迅速坍塌。這個坍塌過程是LIBC産生加工動力的核心。 1.3 空泡潰滅的動力學特徵 空泡潰滅並非簡單的消失，而是一個劇烈且復雜的物理過程。當空泡在自身錶麵張力和外部壓力作用下坍塌時，流體會在瞬間嚮空泡中心聚集，並在中心點形成極高的局部壓力和溫度。這種極高的瞬時壓力和溫度可以産生強大的衝擊波，同時伴隨著微射流（micro-jet）的形成。這些微射流以極高的速度（可達數百米每秒）衝擊到附近的固相錶麵，從而産生巨大的機械應力。LIBC正是利用瞭這種由空泡潰滅産生的微射流和衝擊波來對目標材料進行去除或改性。 1.4 影響空泡形成與潰滅的關鍵因素 LIBC的效果受到多種因素的影響，主要包括： 激光參數： 激光的波長、脈衝寬度、能量密度、重復頻率等。短脈衝激光（如飛秒、皮秒激光）由於其極短的脈衝寬度，可以更有效地將能量注入到材料中，減少熱擴散，實現更精細的加工。 液體介質： 液體種類、粘度、密度、錶麵張力、溶解氣體含量等。不同的液體介質對激光的吸收特性和空泡動力學行為有顯著影響。 目標材料： 材料的硬度、韌性、熔點、熱導率等。 加工環境： 溫度、壓力等。 第二章：激光誘導空泡空化在材料加工中的機理 LIBC技術的核心在於利用激光誘導産生的空泡在其潰滅過程中釋放的能量，對目標材料進行加工。與傳統的機械加工不同，LIBC主要通過非接觸式的物理作用實現材料的去除或改性。 2.1 微射流衝擊作用 空泡潰滅過程中，當空泡靠近固相錶麵時，空泡的坍塌會變得不對稱，迫使流體在空泡的一個方嚮上加速，形成一道高速的微射流。這道微射流以極高的速度撞擊材料錶麵，産生局部的高壓和高剪切應力。這種應力足以使材料錶麵産生微小的塑性變形、剝離或破碎，從而實現材料的去除。這種剝離通常以納米或微米級彆的顆粒形式進行。 2.2 衝擊波作用 空泡的潰滅也會産生強大的衝擊波，這些衝擊波以超聲波的速度嚮四周傳播。當衝擊波傳播到材料錶麵時，也會對材料産生一定的壓力載荷，對材料錶麵的微觀結構産生影響，可能引起材料的疲勞、斷裂或錶麵改性。 2.3 熱效應與化學效應（次要或特定應用） 雖然LIBC主要是一種機械加工手段，但在某些情況下，激光能量的瞬時高溫也可能在空泡形成區域附近産生一些局部的熱效應，例如材料的熔化或汽化。同時，在特定的液體環境中，高溫高壓的空泡潰滅也可能引發一些化學反應，例如産生自由基，促進錶麵化學改性。然而，在大多數強調精密和無損加工的應用中，會盡量減弱這些非機械效應。 2.4 材料去除的特點 LIBC引起的材料去除具有以下特點： 高精度： 激光束的聚焦精度決定瞭空泡的産生位置，微射流的作用範圍極小，因此可以實現納米級彆的加工精度。 低損傷： 相較於機械切削，LIBC避免瞭刀具與材料的直接接觸，大大降低瞭加工過程中的機械應力和熱損傷，尤其適用於脆性材料和精密器件的加工。 無接觸加工： 整個加工過程在液體介質中進行，避免瞭粉塵和切屑的産生，有利於環境和操作者的健康。 加工範圍廣： LIBC可用於加工多種材料，包括金屬、陶瓷、半導體、玻璃、聚閤物等。 第三章：激光誘導空泡空化在不同領域的應用潛力 LIBC技術以其獨特的優勢，在多個領域展現齣巨大的應用潛力，為傳統加工方法提供瞭重要的補充乃至替代方案。 3.1 微電子製造 在半導體芯片製造過程中，微納尺度的圖形化、刻蝕、清洗等是關鍵步驟。LIBC技術可以實現高精度、低損傷的圖形轉移和材料去除，例如用於光刻膠的去除、微槽的加工、晶圓的精細清洗等。其無接觸、低損傷的特點對於脆弱的微電子器件尤為重要。 3.2 生物醫學工程 在生物醫學領域，LIBC的應用則更加引人注目。例如： 藥物遞送： 利用LIBC在細胞膜上誘導瞬時微孔，從而實現藥物分子的有效導入，剋服細胞膜屏障。 組織工程： 精確控製LIBC的參數，可以用於構建具有特定微結構的細胞支架，促進細胞生長和組織再生。 微創手術： 在超聲或激光的引導下，LIBC技術有望用於微創手術中的組織切割、血栓清除等。 牙科治療： LIBC可用於牙齒錶麵的精細修復和清潔，去除牙菌斑和牙結石。 3.3 精密機械加工 對於高硬度、難加工材料（如航空航天領域的特種閤金、超硬材料）的精密加工，LIBC提供瞭新的解決方案。例如，用於加工精密模具、光學元件、微型傳感器等。LIBC能夠實現傳統方法難以達到的錶麵光潔度和尺寸精度。 3.4 材料錶麵改性 除瞭材料去除，LIBC還可以用於材料錶麵的改性。通過控製空泡潰滅産生的衝擊波和微射流，可以改變材料錶麵的微觀形貌，提高其耐磨性、抗腐蝕性、附著力等。例如，在金屬錶麵形成納米紋理，以改變其摩擦特性。 3.5 環保與清潔技術 LIBC在液體清洗方麵也具有潛力。其産生的空泡潰滅可以産生局部的高溫高壓和衝擊力，有效去除附著在物體錶麵的汙染物，如油汙、顆粒物等，實現高效、環保的清洗。 第四章：LIBC技術麵臨的挑戰與發展前景 盡管LIBC技術展現齣巨大的潛力，但其發展仍麵臨一些挑戰。 4.1 加工效率的提升 目前，LIBC的加工效率相較於一些傳統方法仍有待提高，尤其是在大批量生産場景下。未來的研究需要集中於優化激光參數、液體介質以及加工策略，以提高單位時間內的材料去除率。 4.2 加工過程的精確控製 LIBC的加工效果高度依賴於空泡的形成與潰滅過程，而這一過程又受到多種因素的耦閤影響。如何實現對空泡動力學過程的精確、實時監測與控製，是實現穩定、可重復加工的關鍵。 4.3 理論模型的完善 目前，關於激光誘導空泡動力學的理論模型仍在不斷完善中。更準確、全麵的理論模型有助於指導實驗設計和工藝優化，預測加工結果。 4.4 設備成本與集成 高功率、高穩定性的激光器以及配套的精密光學係統、流體控製係統等，是LIBC設備的關鍵組成部分。降低設備成本，實現設備的緊湊化和集成化，是推動LIBC技術廣泛應用的重要因素。 4.5 拓展更多應用場景 隨著對LIBC機理的深入理解和技術的不斷成熟，未來將有更多新興的應用領域被發掘，例如在能源、信息技術、食品加工等領域。 結論 激光誘導空泡空化（LIBC）作為一種集激光物理、流體動力學和材料科學於一體的先進加工技術，正以前所未有的方式改變著材料加工的麵貌。通過巧妙地利用激光能量誘導並控製液體中的空泡潰滅，LIBC能夠實現高精度、低損傷、無接觸的材料去除與改性。盡管當前仍麵臨一些技術挑戰，但隨著科學研究的不斷深入和工程技術的持續進步，LIBC技術必將在微電子、生物醫學、精密製造等眾多領域發揮越來越重要的作用，為人類社會的發展貢獻新的力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書在探討未來發展趨勢的部分，展現瞭作者的洞察力和前瞻性。他們並未將“強化理論與技術”視為一個已完成的課題，而是清晰地指齣瞭當前模型存在的局限性，比如在處理非牛頓流體環境下的空化問題，或者在超高頻率激光作用下的瞬態物理過程等方麵仍有待深入。這種對研究空白點的坦誠揭示，極大地激發瞭我的進一步研究興趣。它不僅僅是一本總結現有成果的著作，更像是一份指嚮未來十年該領域可能突破方嚮的路綫圖。尤其是關於如何利用先進計算方法（如更精細的分子動力學模擬）來輔助實驗驗證的部分，我認為是極具啓發性的，它提示我們將跨學科的工具更好地整閤進來。總而言之，這是一本能讓你在閤上書本後，依然能感受到智力被充分挑戰和激發的高質量學術專著。

評分☆☆☆☆☆

從寫作風格上看，這本書展現齣一種非常嚴謹且剋製的學術筆調，用詞精準，邏輯鏈條環環相扣，幾乎沒有多餘的修飾或誇張的斷言。這對於需要依賴一手文獻進行嚴肅研究的學者來說，是極大的優勢。它呈現齣一種高度的客觀性，所有結論的得齣都有清晰的理論或實驗佐證。不過，也正因為這種極緻的嚴謹性，對於初次接觸該領域的讀者來說，門檻可能會略高一些。我感覺作者們在構建知識體係時，是以一個領域專傢的視角來組織的，他們相信讀者已經具備瞭一定的背景知識，可以直接切入核心問題。閱讀過程中，我常常需要對照參考文本當中的引文，去追溯其理論的根源，這種深挖的過程雖然費力，但也讓我對整個研究領域的曆史脈絡有瞭更宏觀的認識，體會到作者在前沿探索中所站立的學術高度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實挺下功夫的，封麵那種深邃的藍色調，配上那種略帶金屬質感的字體，一眼看上去就給人一種前沿、硬核的科學氣息。我記得我是在一個專門的學術書店裏發現它的，當時我正在尋找關於流體力學與材料相互作用的最新研究進展。這本書的排版清晰明瞭，大量的圖錶和公式都處理得非常規範，不像有些教材那樣把復雜的概念堆砌在一起讓人望而卻步。作者們似乎非常注重讀者的閱讀體驗，即使是麵對“激光誘導空泡”這樣高度專業化的主題，他們也努力用盡可能直觀的方式去呈現理論模型和實驗設置。特彆是那些剖麵圖和動態模擬的示意圖，極大地幫助我理解空泡的形成、演化以及與周圍介質的能量交換過程。拿到手裏沉甸甸的感覺，也讓人覺得這是一本經過嚴謹打磨的學術專著，而不是倉促齣版的論文閤集。我對科學齣版社一貫的齣版質量還是比較信賴的，而這本書的整體質感，確實配得上這個齣版社的聲譽。它的視覺傳達成功地為後續的深入閱讀建立瞭一個專業且引人入勝的基調。

評分☆☆☆☆☆

這本書在“技術”層麵的討論也極其詳實，這一點對於工程應用導嚮的讀者來說尤為重要。我注意到作者沒有僅僅停留在“理論可行性”的討論，而是花費瞭大量篇幅來探討實際應用中遇到的工程挑戰，比如激光脈衝的參數優化、介質選擇對空化效率的影響，以及如何將實驗室成果轉化為工業級的設備。例如，書中關於聚焦透鏡設計和能量耦閤效率的討論，簡直像是一份高級工藝手冊。我尤其關注瞭其中關於特定材料錶麵處理的案例分析，那些具體的參數範圍和對應的效果數據，對我正在進行的一個關於高分子材料錶麵改性的項目提供瞭直接的參考價值。這不僅僅是知識的羅列，更像是作者多年工程實踐經驗的結晶，很多是教科書上無法輕易獲取的“Know-how”。這種理論與實踐的緊密結閤，是這本書最讓我感到興奮的地方。

評分☆☆☆☆☆

真正開始啃這本書的內容後，我立刻感受到作者在理論深度上的追求。他們對於“強化”這一概念的闡釋，絕非停留在錶麵的現象描述，而是深入到瞭微觀尺度的物理機製。尤其是在處理空化過程中的熱力學和動力學耦閤問題時，那種層層遞進的推導過程，體現瞭紮實的物理學功底。我特彆欣賞書中對邊界條件處理的嚴謹性，這在許多相關研究中往往是簡化或模糊處理的部分。作者似乎在力求建立一個能夠更精確預測宏觀工程效果的微觀模型，這對於需要進行高精度數值模擬的研究人員來說，簡直是寶藏。我在閱讀相關章節時，不得不頻繁地迴顧一些高等數學和偏微分方程的知識點，這說明這本書的知識密度非常高，絕對不是泛泛而談的科普讀物，它要求讀者具備堅實的理論基礎纔能完全吸收。每一次成功理解書中一個關鍵的數學推導，都有一種撥雲見霧的成就感。