تفاعل الليزر مع المادة وتطبيقاتها في معالجة الليزر للمواد

 omega

تفاعل الليزر مع المادة 

وتطبيقاتها في معالجة الليزر للمواد

إعداد / د. يحيى حمدي محمد البشار

الدكتور. يحيى حمدي محمد البشار

الدكتور. يحيى حمدي محمد البشار

تنقسم المواد من حيث الحالة الي صلبة، سائلة، غازية وبلازما [1]. فالمسافات البينية بين الذرات في الحالة الصلبة صغيرة جدا مقارنة بالحالة السائلة والغازية والبلازما. فعند سقوط ضوء الليزر علي اي مادة فانة يحدث تغيرات لهذه المادة ولكن يجب ان يكون معامل الأمتصاص لهذا الطول الموجي للمادة عالي، مقارنة بنسبة الضوء المنعكس والنافذ. في حالة المواد المعتمة لا يكون هناك نفاذ وكون التركيز الأكبر علي الضوء الممتص والمنعكس [2].

وايضا يختلف طول موجي عن الأخر وذلك حسب معامل النفاذية له في هذه المادة، مما يشكل نسبة امتصاص اكبر واختراق اكبر للمادة كما هو موضح بشكل 1.

وينقسم التفاعلات الناتجة من الليزر مع المادة حراريا الي عدة انواع وهي كالاتي [3]:

  • تفاعل ينتج عنه تسخين
  • تفاعل يحدث انصهار
  • تفاعل يحدث تبخر
  • تفاعل يحدث بلازما

وجميع هذه التفاعلات تحدث نتيجة مدي قدرة المادة علي أمتصاص ضوء الليزر و مدي التغير الذي يمكن ان يحدثة فيها حسب خصائصها الحرارية ودرجة حرارة انصهارها وتبخرها.

laser1

شكل 1 يوضح ميكانيكية الضوء مع المادة من حيث الأمتصاص، الانعكاس، النفاذ والتشتت

وهناك تفاعل اخر يسمي التفاعل الغير حراري وهو عند تفاعل ضوء الليزر في مدي الاشعة فوق البنفسجية ويحدث هذا التفاعل نزع لذرات المادة من علي السطح دون حدوث اي تفاعلات حرارية داخل جسم المادة المتفاعلة مع الليزر كما هو موضوح بشكل 2.

 

laser 2

شكل 2 يوضح ميكانيكية تفاعل الليزر مع المادة

 

واذا نظرنا للتطبيق المستخدم في التفاعلات السابقة فنجد انه اهم تطبيق معالجة الليزر للمواد[4]. فمعظم معالجة المواد عن طريق الليزر تتم للمواد الصلبة لأن الليزر يقوم بتشكيلها ولكن ما هي الشروط الازم توافرها قبل العمل بالليزر علي سطح المادة الصلبة.

أولا خصائص شعاع الليزر

  • مدي اتساع قطر الليزر وشكل الشعاع الساقط علي المادة
  • قدرة شعاع الليزر و تقاس watt ونوع العمل باللليزر هل هو مستمر أم متقطع
  • استقطاب ضوء الليزر
  • الطول الموجي لهذا الليزر

 

ثانيا الالة الناقلة لليزر قد تكون روبوت أو ماكينة الية او يدوية ولكن الخصائص تكون واحدة لهذه الالات

  • سؤعة الناقل (سرعة الماكينة الحاملة لشعاع الليزر)
  • بعد هذه الماكينة عن الجسم المراد التعامل مه بالليزر

 

ثالثا معظم حالات معالجة الليزر للمواد يوجد غاز مساعد يجب معرفة اشياء مهمه لذلك الغاز وهي

  • سرعة الغاز المركز علي العينة و ذلك بواسطة فتحة للغاز
  • موقع تلك الفتحة بالنسبة للعينة، وشكلها
  • نوع الغاز المستخدم (وتلك الخصائص علي حسب نوع المادة)

 

رابعا خصائص المادة المراد معالجتها فيجب معرفة بعض الخصائص الهامة وهي

  • خصائصها الحرارية (حتي يتسثني معرفة درجة الحرارة اللازمة لحدوث التفاعل و ما مقدار التفاعل المطلوب)
  • خصائصها البصرية (لأنه يمكن حدوث انعكاس لشعاع الليزر في اطوال موجية معينة) [5]

وبمعرفة تلك الخصائص يمكننا التعامل مع الليزر بشتي انواع معالجته للمادة مثل القطع واللحام والحفر وغيرها من مميزات لليزر يمكن ان نستخدمها في التصنيع.

 

المراجع المستخدمة:

1- Alexander Piel, “Plasma Physics: An Introduction to Laboratory, Space, and Fusion Plasmas”, Springer, 2010

2- Markolf H. Niemz, “Laser-Tissue Interactions: Fundamentals and Applications”, Springer, 2007

3- Narendra B. Dahotre, ‎Sandip Harimkar, “Laser Fabrication and Machining of Materials”, Springer, 2008

4- Mikell P. Groover, “Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems”, Wiley, 2007

5- William M. Steen, “Laser material processing “, Springer, 2003

تعليقات

تعليقات