飞秒激光作用铝-玻璃界面的分子动力学模拟研究

异质材料连接,尤其是金属和玻璃,广泛应用在各种工业产品上。超快激光焊接异质材料是一种快速、清洁和非接触的新技术,近年来得到了广泛研究。采用分子动力学方法对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了理论模拟研究,模拟根据石英玻璃的熔点和弹性常数,构建了石英玻璃的Lennard-Jones(LJ)相互作用势函数。根据铝-石英玻璃之间的黏附功,建立了铝-石英玻璃之间的LJ相互作用势函数,从而在保持宏观特性的同时简化和加速模拟过程。采用耦合到分子动力学的双温模型对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了小规模分子动力学模拟。飞秒激光辐照后,焊接区局部瞬时温度高达10000 K,应力高达20 GPa,出现铝原子向石英玻璃一侧扩散移动的现象。铝和石英玻璃的混合区由于高温粒子的持续碰撞而不断扩大,同时两种材料的混合区域中心向石英玻璃一侧移动,在微观上揭示了飞秒激光作用铝-石英玻璃界面皮秒时间尺度的分子动力学演化过程,为飞秒激光焊接异质材料提供理论基础。