The surface waves indicated in Fig.

The surface waves indicated in Fig. 2 were investigated in more detail. These regions were also free of any significant disturbances and droplets. The enlarged micrographs of these regions, along with the corresponding FIB cross-sections, are shown in Fig. 4.

Fig. 4.
The waves on a heated copper plate after 100 pulses. (a) A region indicated by A in Fig. 2, (b) the FIB cross-section of the same area. (c) An area indicated by B in Fig. 2, (d) the FIB cross-section of the same area. A thin oxide layer covers the surface. Beneath are equiaxed copper grains, with some twin boundaries.
FIB cross-sections revealed that the whole surface was covered with a thin—few 100 nm thick oxide layer, which was formed due to the interaction between oxygen in the air and molten copper. Beneath the oxide layers, there was a polycrystalline microstructure. It consisted of copper grains separated by high-angle grain boundaries. Twin boundaries were also observed within some grains. It was not possible to determine the thickness of the molten surface layer from the inspection of the microstructure. The waves could be observed on the copper plate, which was slightly exaggerated by the oxide layer. However, the height of waves was less than 1 μm, as estimated from the FIB cross-sections.
The copper plates were initially in the as-rolled condition. They contained elongated grains with a high dislocation density. In FIB-micrographs, this kind of microstructure possesses a mottled contrast. At the site of final waves, only a thin surface layer with a thickness of 2–3 μm possessed crystal grains with a sharp contrast. These grains can be either formed during solidification or by the recrystallization. The thickness of the grains with a sharp contrast was much greater closer to the crater; i.e. in the region with a higher fluence (Fig. 4). Since it is not possible to distinguish crystal grains formed by solidification or by recrystallization, the thickness of the molten area cannot be determined.
The periodicity was measured at several places. The periodicity at a distance of 50 μm from the crater centre was 2.9 ± 0.5 μm (Fig. 4b, d); and this value was typical for the most of the wavelike area. Only at the largest distances from the crater, the periodicity was larger 5.2 ± 1.9 μm (Fig. 4a, c).
3.3. The effect of the target temperature on the surface topography
There were substantial differences in the topography of the laser irradiated areas between targets at the two investigated temperatures. In order to obtain a rough estimation of the temperature profile and surface temperature, a simplified one-dimensional model was used, taking into account the temperature depending thermal properties of copper with normal melting and boiling and neglecting any inequilibrium effects, such as phase explosion. It was considered that the energy relaxation time for metals is in the order of 10−13 s, thus the laser energy can be regarded as being instantaneously turned into heat for ns-pulsed ablation [12]. The model was described in our previous work [17]. At the highest fluence, the calculated surface temperature was slightly above 15,000 K, which is highly above the copper evaporation temperature (2835 K). The temperature is also considerably higher than the thermodynamic critical temperature for copper (8000 K), which indicates that the actual evaporation mechanism should be the phase explosion [19]. This transition forms a plume, and its backpressure can attain few GPa, resulting in the expulsion of the liquid beneath it, and formation of a crater. This result qualitatively agrees with the observed surface topography. It also lies in line with the measured electron temperature of plasma, which was 1.2 eV (around 14,000 K).
The ejection of the melt predominantly in a very narrow range of directions may arise from the inhomogeneous irradiation profile, which was previously described; the predominant direction was close to the direction of the highest-pressure gradient. In other, less intensely irradiated regions around the central part, the phase explosion did not occur. There the thickness of the molten layer was estimated to 1–2 μm.
It is to be stated that after each pulse, the plasma plume disappeared and the molten material resolidified. If the total irradiated energy in one pulse were absorbed in the plate, its temperature would only increase by 0.3 K, thus, it can be supposed that the plate temperature remained constant. Nevertheless, each pulse changed the surface topography, which affected the absorption conditions at the beginning of the next pulse.
The heating of the plate resulted in a slight increase in the calculated surface temperature. Thus, the differences in the interaction between the cold and warm target with the laser beam cannot explain large differences in the surface topography.
The observed surface topography of the cold target indicates that the solidification time was too short to allow surface tension to ma

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

คลื่นพื้นผิวที่แสดงในรูปที่ 2 ถูกสอบสวนในรายละเอียดเพิ่มเติม ภูมิภาคเหล่านี้ก็ปราศจากสำคัญรบกวนและหยด Micrographs ขยายของภูมิภาคเหล่านี้ พร้อมกับส่วนข้ามโลตอแหลที่สอดคล้องกัน จะแสดงในรูปที่ 4 รูป 4 คลื่นบนจานทองแดงอุ่นหลัง 100 พัลส์ (ก) ภูมิภาคที่แสดงในรูป 2, (b) การโลตอแหลขวางของพื้นที่เดียวกันโดย (ค) พื้นที่แสดง โดย B ในรูปที่ 2, (d) ขวางโลตอแหลของพื้นที่เดียวกัน ชั้นออกไซด์บาง ๆ ครอบคลุมพื้นผิว ภายใต้มี equiaxed ธัญพืชทองแดง มีขอบเขตบางคู่ส่วนข้ามโลตอแหลเปิดเผยว่า พื้นผิวทั้งหมดถูกปกคลุม ด้วยให้บาง — ไม่กี่ 100 nm ออกไซด์หนาชั้น เกิดเนื่องจากการโต้ตอบระหว่างออกซิเจนในอากาศและหลอมทองแดง โครงสร้างจุลภาคคได้อยู่ใต้ชั้นออกไซด์ ประกอบด้วยทองแดงธัญพืชคั่น ด้วยภาพมุมสูงแป ขอบเตียงถูกสังเกตภายในเมล็ดบาง ไม่สามารถกำหนดความหนาของชั้นผิวหลอมจากการตรวจสอบของจุลภาค คลื่นอาจจะสังเกตได้บนแผ่นทองแดง ที่เล็กน้อยค่ะ โดยชั้นออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ความสูงของคลื่นได้น้อยกว่า 1 µm ที่ประเมินจากส่วนข้ามโลตอแหลแผ่นทองแดงได้เริ่มต้นในสภาพรีดเป็น พวกเขามีอยู่เมล็ดยาว มีความหนาแน่นสูงเคลื่อน ในโลตอแหล-micrographs ชนิดของโครงสร้างจุลภาคมีความคมชัดขจัด ที่เว็บไซต์ของคลื่นสุดท้าย เพียงผิวบาง ๆ มีความหนา 2-3 ไมครอนสิงเม็ดคริสตัล มีความเปรียบต่างที่คมชัด ธัญพืชเหล่านี้สามารถอย่างใดอย่างหนึ่งเกิดขึ้น ขณะแข็งตัว หรือ recrystallization ที่ ความหนาของเมล็ดที่มีความเปรียบต่างที่คมชัดได้มากขึ้นใกล้ปล่องภูเขาไฟ เช่นในภูมิภาคกับ fluence ที่สูงกว่า (4 รูป) เนื่องจากไม่สามารถแยกแยะเม็ดคริสตัลที่เกิดแข็งตัว หรือ recrystallization ไม่สามารถกำหนดความหนาของพื้นที่หลอมละลายระยะซึ่งวัดได้ในหลายสถานที่ ระยะที่ระยะ 50 µm จากปล่องภูเขาไฟถูก 2.9 ± 0.5 ไมครอน (รูปที่ 4b, d); และค่านี้โดยทั่วไปสำหรับส่วนมากของพื้นที่ wavelike เฉพาะที่ระยะทางที่ใหญ่ที่สุดจากปล่องภูเขาไฟ ระยะถูกใหญ่ 5.2 ± 1.9 μ m (รูปที่ 4a, c)3.3. ผลของอุณหภูมิเป้าหมายบนพื้นผิวภูมิประเทศมีความแตกต่างที่พบในภูมิประเทศของพื้นที่ฉายรังสีเลเซอร์ระหว่างเป้าหมายที่สองตรวจสอบอุณหภูมิ เพื่อประเมินโปรไฟล์อุณหภูมิและอุณหภูมิพื้นผิวที่หยาบ แบบ one-dimensional ประยุกต์ใช้ คำนึงถึงอุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางความร้อนของทองแดงปกติละลายเดือด และละเลยผลใด ๆ inequilibrium เช่นขั้นตอนการกระจาย จึงถือว่า เวลาผ่อนคลายพลังงานสำหรับโลหะเป็นลำดับ 10−13 s ดังนั้น พลังงานเลเซอร์อาจถือเป็นการทันทีกลายเป็นความร้อนสำหรับแฟลช ns ผ่าตัด [12] แบบจำลองถูกอธิบายไว้ในงานของเราก่อนหน้านี้ [17] ที่ fluence สูงสุด อุณหภูมิพื้นผิวคำนวณแก้ไขเล็กน้อยเหนือ 15,000 K ซึ่งอยู่สูงเหนืออุณหภูมิระเหยทองแดง (2835 K) มีอุณหภูมิสูงมากกว่าอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ที่สำคัญสำหรับทองแดง (8000 K), ซึ่งบ่งชี้ว่า กลไกการระเหยจริงควรมีการขยายเฟส [19] การเปลี่ยนแปลงนี้ฟอร์มเบิ้ลพลูม และ backpressure สามารถบรรลุไม่กี่ GPa ผลของของเหลวภายใต้นั้น และการก่อตัวของปล่องภูเขาไฟที่ ผลลัพธ์นี้คุณภาพตกลงกับสังเกตพื้นผิวภูมิประเทศ มันยังอยู่แนวเดียวกับพลาสมา 1.2 eV (ประมาณ 14,000 K) ที่อุณหภูมิอิเล็กตรอนวัดได้ออกของการละลายส่วนใหญ่ในหลากหลายทิศทางแคบมากอาจเกิดขึ้นจากโปรไฟล์งานฉายรังสี ซึ่งก่อนหน้านี้อธิบายไว้ ทิศทางที่เด่นคือใกล้กับทิศทางของการไล่ระดับสี highest-pressure ในอื่น ๆ น้อยเข้มข้น irradiated ภูมิภาคทั่วภาคกลาง การขยายเฟสยังไม่เกิดขึ้น มีความหนาของชั้นหลอมเหลวได้ประมาณ 1-2 μ mมันจะมีระบุไว้ว่า หลังจากแต่ละพัลส์ เบิ้ลพลูมพลาหายไป และวัสดุหลอม resolidified ถ้าพลังงาน irradiated รวมในหนึ่งชีพจรถูกดูดซึมในจาน อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 0.3 K เท่านั้น ดังนั้น มันสามารถจะควรแผ่นอุณหภูมิที่คงที่อยู่ อย่างไรก็ตาม ชีพจรแต่ละการเปลี่ยนแปลงภูมิประเทศพื้นผิว ซึ่งผลกระทบสภาพการดูดซึมที่จุดเริ่มต้นของพัลส์ถัดไปเครื่องทำความร้อนของแผ่นผลในการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในอุณหภูมิพื้นผิวจากการคำนวณ ดังนั้น ความแตกต่างในการโต้ตอบระหว่างเป้าหมายเย็น และอบอุ่นด้วยแสงเลเซอร์ไม่สามารถอธิบายความแตกต่างใหญ่ในพื้นผิวภูมิประเทศสังเกตพื้นผิวภูมิประเทศของเป้าหมายเย็นบ่งชี้ที่เวลาแข็งตัวสั้นเกินไปเพื่อให้ความตึงผิวการ ma

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

คลื่นพื้นผิวที่แสดงในรูปที่ 2 ศึกษาในรายละเอียดเพิ่มเติม ภูมิภาคนี้ยังฟรีของการรบกวนใด ๆที่สำคัญและอนุภาค ขยาย micrographs ของภูมิภาคเหล่านี้พร้อมกับและ Fib ที่แสดงในรูปที่ 4รูปที่ 4คลื่นบนแผ่นทองแดงร้อนหลังจาก 100 พั . ( ) เป็นภูมิภาคพบ โดยในรูปที่ 2 ( ข ) พรางภาพตัดขวางของพื้นที่เดียวกัน ( c ) พื้นที่แสดงในรูปที่ 2 b ( D ) พรางภาพตัดขวางของพื้นที่เดียวกัน ชั้นออกไซด์บาง ๆคลุมพื้นผิว เบื้องล่างเป็น equiaxed เม็ดทองแดง กับบางคู่ ขอบเขตไปแล้วและพบว่าพื้นผิวทั้งหมดถูกปกคลุมด้วยชั้นบางไม่กี่ 100 nm หนาออกไซด์ซึ่งถูกสร้างขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนในอากาศและหล่อทองแดง ใต้ออกไซด์เลเยอร์ มีรูปผลึกจุลภาค มันเป็นทองแดง เม็ดคั่นด้วยเม็ดขอบมุมสูง ขอบเขต ทวิน พบในธัญพืช มันไม่ได้เป็นไปได้ที่จะกำหนดความหนาของชั้นพื้นผิวโลหะ จากการตรวจสอบของจุลภาค คลื่นสามารถสังเกตบนแผ่นทองแดงซึ่งเป็นเล็กน้อยที่โอ้อวดด้วยออกไซด์ของเลเยอร์ อย่างไรก็ตาม ความสูงของคลื่นน้อยกว่า 1 μ M เป็นประมาณการจาก Fib และ .ทองแดงแผ่นเป็นครั้งแรกในการรีดเป็นเงื่อนไข มีเมล็ดยาวที่มีความหนาแน่นเคลื่อนสูง ไปแล้ว micrographs , ชนิดของโครงสร้างครบถ้วนจิ๊ปความคมชัด ที่เว็บไซต์ของคลื่นสุดท้าย เพียงบางชั้นพื้นผิวที่มีความหนา 2 และ 3 μ M มีเม็ดคริสตัลที่มีความคมชัดคม ธัญพืชเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นในระหว่างการแข็งตัวหรือโดยการตกผลึก . ความหนาของเมล็ดกับความคมที่คมมากขึ้นใกล้ชิดกับเขา เช่น ในพื้นที่ที่มี fluence ที่สูงขึ้น ( ภาพที่ 4 ) เพราะมันเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกคริสตัลเม็ดเกิดจากการแข็งตัวหรือโดยการตกผลึก , ความหนาของพื้นที่หล่อไม่สามารถกำหนดมีกำหนดออกวัดที่หลาย ๆ . มีกำหนดออกที่ระยะ 50 เมตรจากศูนย์μปล่องภูเขาไฟเป็น 2.9 ± 0.5 μเมตร ( ภาพที่ 4B , D ) ; และค่านี้เป็นปกติสำหรับพื้นที่ส่วนใหญ่มีลักษณะหรือคุณสมบัติเหมือนคลื่น . ที่ใหญ่ที่สุดระยะทางจากปล่องภูเขาไฟ , อย่างมีμ 5.2 ± 1.9 M ( รูปที่ 4 , C )3.3 . ผลของอุณหภูมิเป้าหมายบนพื้นผิวภูมิประเทศมีความแตกต่างอย่างมากในภูมิประเทศของพื้นที่ระหว่างการฉายรังสีเลเซอร์เป้าหมายที่สองตรวจสอบอุณหภูมิ ในการขอรับการประเมินคร่าวๆ ของอุณหภูมิ อุณหภูมิพื้นผิว แบบมิติเดียวแบบที่ถูกใช้ โดยคำนึงถึงอุณหภูมิขึ้นอยู่กับสมบัติทางความร้อนของการเดือดและละลายทองแดงปกติและละเลยใด ๆ inequilibrium ผลด้วย เช่น ระยะระเบิด ก็ถือว่า ถึงเวลาผ่อนคลายพลังงานโลหะอยู่ในลำดับ 10 − 13 ด้วย ดังนั้นพลังงานเลเซอร์ที่สามารถถือเป็นการจึงกลายเป็นความร้อนสำหรับ NS การพัลซิ่ง [ 12 ] แบบจำลองที่อธิบายไว้ในการทำงานก่อน [ 17 ] ที่ fluence สูงสุด ค่าอุณหภูมิพื้นผิวเล็กน้อยข้างต้น 15 , 000 K ซึ่งอยู่สูงเหนือทองแดงระเหยอุณหภูมิ ( 2835 K ) อุณหภูมิยังสูงมากกว่า Thermodynamic อุณหภูมิวิกฤตสำหรับทองแดง ( 8000 K ) ซึ่งแสดงให้เห็นว่ากลไกการระเหยจริงควรมีระยะระเบิด [ 19 ] การเปลี่ยนแปลงนี้ในรูปแบบอื่น และ backpressure สามารถบรรลุไม่กี่คะแนน ทำให้การขับของเหลวภายใต้มัน และการก่อตัวของปล่องภูเขาไฟ ผลเชิงคุณภาพ เห็นด้วยกับสังเกตพื้นผิวภูมิประเทศ . มันก็อยู่ในแนวเดียวกันกับที่วัดอุณหภูมิอิเล็กตรอนของพลาสมาซึ่งเป็น 1.2 eV ( ประมาณ 14 , 000 K )ออกของละลายส่วนใหญ่ในช่วงที่แคบมากของเส้นทางอาจเกิดขึ้นจาก inhomogeneous โปรไฟล์ของการฉายรังสี ซึ่งได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ ทิศทางโดด ใกล้ชิด กับทิศทางของการไล่ระดับแรงดันสูงสุด ใน อื่น ๆ , น้อย ๆผ่านภูมิภาคทั่วภาคกลาง ระยะระเบิดไม่ได้เกิดขึ้น มีความหนาของชั้นหล่อประมาณ 1 – 2 μม.มันเป็นกล่าวว่าหลังจากที่แต่ละชีพจรพลาสมาขนนกหายไปและวัสดุหลอมเหลว resolidified . ถ้าทั้งหมดที่ฉายรังสีพลังงานในหนึ่งชีพจรถูกดูดซึมในจาน , อุณหภูมิของมันจะเพิ่ม 0.3 K , ดังนั้นจึงสามารถคาดคะเนว่าอุณหภูมิจานยังคงคงที่ อย่างไรก็ตาม แต่ละชีพจรเปลี่ยนพื้นผิวภูมิประเทศ ที่ส่งผลต่อสภาพการดูดซึมที่จุดเริ่มต้นของคลื่นถัดไปความร้อนของแผ่นมีผลในการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในค่าอุณหภูมิพื้นผิว . ดังนั้นความแตกต่างระหว่างเย็นและเป้าหมายอบอุ่นด้วยแสงเลเซอร์ไม่สามารถอธิบายความแตกต่างในพื้นผิวสภาพภูมิประเทศลักษณะภูมิประเทศของพื้นผิวของชิ้นงานเย็น พบว่า การทำให้เวลาสั้นเกินไปที่จะอนุญาตให้ tensi พื้นผิว