Etude de l'interaction rayonnement-matière dans un milieu granulaire en vue de l'application au procédé de frittage laser PDF Download
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Author: Sophie Faure Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
Book Description
L'objectif de ce travail est de mieux appréhender les mécanismes thermo-radiatifs intervenant dans le frittage laser en phase solide. L'interaction entre le rayonnement d'un laser Nd-YAG et des matériaux transparents à 1,064 μm, comme l'alumine ou une fritte de verre, est étudiée, en particulier l'absorption et la réflexion du rayonnement par la poudre. Un élément absorbant vers 1μm, tel le fer, est ajouté, par dopage du verre et par mélange ou enrobage de l'alumine. Deux approches complémentaires sont menées : l'une expérimentale, sur poudres avec un spectromètre muni d'une sphère d'intégration et sur matériaux homogènes de même composition, dans le cas des verres, afin d'obtenir leurs indices de réfraction n et d'extinction κ; l'autre numérique, grâce à une simulation par la méthode de Monte-Carlo et un modèle à n flux, qui permet d'étudier l'influence de divers paramètres et de calculer l'énergie absorbée dans chaque grain. Enfin, l'aspect thermique est abordé
Author: Sophie Faure Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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L'objectif de ce travail est de mieux appréhender les mécanismes thermo-radiatifs intervenant dans le frittage laser en phase solide. L'interaction entre le rayonnement d'un laser Nd-YAG et des matériaux transparents à 1,064 μm, comme l'alumine ou une fritte de verre, est étudiée, en particulier l'absorption et la réflexion du rayonnement par la poudre. Un élément absorbant vers 1μm, tel le fer, est ajouté, par dopage du verre et par mélange ou enrobage de l'alumine. Deux approches complémentaires sont menées : l'une expérimentale, sur poudres avec un spectromètre muni d'une sphère d'intégration et sur matériaux homogènes de même composition, dans le cas des verres, afin d'obtenir leurs indices de réfraction n et d'extinction κ; l'autre numérique, grâce à une simulation par la méthode de Monte-Carlo et un modèle à n flux, qui permet d'étudier l'influence de divers paramètres et de calculer l'énergie absorbée dans chaque grain. Enfin, l'aspect thermique est abordé
Author: Bruno Dupont Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 116
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L'ETUDE EST COMPOSEE DE TROIS PARTIES: UNE PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A LA DESCRIPTION THEORIQUE CLASSIQUE ET SEMI-CLASSIQUE DES PHENOMENES MIS EN JEU LORS DE L'INTERACTION ENTRE UN RAYONNEMENT (LASER) ET DE LA MATIERE DIELECTRIQUE OU CONDUCTRICE. UNE SECONDE PARTIE TRAITE DE LA TRANSFORMATION OPTIQUE-THERMIQUE-ACOUSTIQUE DANS LAQUELLE L'ENERGIE ELECTROMAGNETIQUE SE TRANSFORME EN CHALEUR, QUI, DU FAIT DU FORT GRADIENT DE TEMPERATURE, CREE UNE SOURCE DE DILATATION EN SURFACE ENGENDRANT DES ULTRASONS DANS LE MILIEU. LES ULTRASONS, REFLECHIS SUR LES PAROIS DU MILIEU ENGENDRENT DES PHENOMENES DE RESONANCE LIES A LA GEOMETRIE DU MILIEU. L'ANALYSE DU SIGNAL RECUEILLI PAR SONDE INTERFEROMETRIQUE NOUS RENSEIGNE SUR LA GEOMETRIE ET LES DEFAUTS DU MILIEU. UNE DERNIERE PARTIE PRESENTE UN MODELE EXPLIQUANT LA GENERATION D'ONDES ACOUSTIQUES PAR CHOC LASER DANS UN MILIEU VIVANT, PRODUISANT UNE EVOLUTION OU MEME UNE DESTRUCTION DE CES CELLULES
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CE MEMOIRE TRAITE DU COMPORTEMENT DE DIODES LASER EN ENVIRONNEMENT RADIATIF. LA PREMIERE PARTIE RAPPELLE LES PRINCIPES DE BASE DE L'INTERACTION RAYONNEMENT-MATIERE APPLIQUES AU CAS DES SEMI-CONDUCTEURS. LES ENVIRONNEMENTS RADIATIFS CONCERNES, LES POINTS ESSENTIELS DU FONCTIONNEMENT DES DIODES LASER ET LES TRAVAUX ACCOMPLIS PAR D'AUTRES GROUPES DE RECHERCHE SONT PRESENTES ET COMMENTES. DANS LA SECONDE PARTIE, LES DIODES LASER (1300 NM) A EMISSION LATERALE SONT TESTEES SYSTEMATIQUEMENT. LA REPONSE A UNE EXCITATION IONISANTE TRANSITOIRE EST EXPLOREE PRINCIPALEMENT A L'AIDE D'UN FAISCEAU LASER A 532 NM. LE TEMPS DE RETOUR A L'EQUILIBRE APRES LA PERTURBATION EST DECOMPOSE EN PLUSIEURS ETAPES : DIMINUTION DE LA PUISSANCE OPTIQUE PENDANT L'EXCITATION, RETARD A L'ALLUMAGE, OSCILLATIONS DE RELAXATION ET INCREMENT DE PUISSANCE. L'ORIGINE DE CES PHENOMENES EST ANALYSEE A PARTIR DE LA STRUCTURE DU COMPOSANT. POUR PRENDRE EN COMPTE L'ENSEMBLE DU COMPORTEMENT DU COMPOSANT DANS LA SIMULATION, UNE ETUDE EXPERIMENTALE DES MATERIAUX RESISTIFS ASSURANT LE CONFINEMENT LATERAL DES LIGNES DE COURANT EST ENTREPRISE. LES EFFETS DU PASSAGE D'UNE PARTICULE UNIQUE DANS LA CAVITE OPTIQUE ET L'ANALYSE DES DOMMAGES PERMANENTS INDUITS PAR UN BOMBARDEMENT NEUTRONIQUE SONT EGALEMENT DETERMINES. LA TROISIEME PARTIE TRAITE DES DIODES LASER A EMISSION VERTICALE (VCSEL) EMETTANT A 850 NM. LE COMPORTEMENT DE CES COMPOSANTS DONT LES PERFORMANCES SONT ENCORE MAL MAITRISEES, EST EXPLORE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DE LA POLARISATION. PUIS LES VCSEL SONT SOUMISES A UNE IMPULSION IONISANTE TRANSITOIRE ET LEURS REPONSES COMPAREES A CELLES DES DIODES LASER A EMISSION LATERALE. NOUS AVONS NOTAMMENT REMARQUE QUE LA PRESENCE DE ZONES PROTONEES INDUIT UN COMPORTEMENT SIMILAIRE POUR LES DEUX TECHNOLOGIES. ENFIN LES VCSEL SONT SOUMISES A UNE FLUENCE NEUTRONIQUE, L'INFLUENCE DES DOMMAGES EST ETUDIEE SUR LE COURANT DE SEUIL LASER, LES FIGURES D'EMISSION ET LA PUISSANCE OPTIQUE MAXIMALE ACCESSIBLE.
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CETTE THESE PORTE SUR L'ETUDE DE L'INTERACTION ENTRE UN FAISCEAU DE LASER A CO#2 DE FORTE PUISSANCE ET UN ECOULEMENT DE POUDRE DANS LES CONDITIONS D'UN RECHARGEMENT DE SURFACE. LE PRINCIPE DE L'INJECTION DU MATERIAU D'APPORT COAXIALEMENT AU FAISCEAU LASER A ETE RETENU POUR LES AVANTAGES OFFERTS : QUALITE DU TRAITEMENT ET FLEXIBILITE DU PROCEDE. LES PROPRIETES METALLURGIQUES DE LA SURFACE TRAITEE DEPENDENT D'UN GRAND NOMBRE DE PARAMETRES COMME LE FLUX DU RAYONNEMENT LASER, LA NATURE DE LA POUDRE, LA MORPHOLOGIE DU JET DIPHASIQUE ET LA CINETIQUE DES PARTICULES. L'ETUDE EXPERIMENTALE MENEE DANS CE TRAVAIL A PERMIS D'EVALUER L'IMPORTANCE DE CHAQUE VARIABLE SUR LE PROCEDE. NOUS AVONS MONTRE QUE LES MECANISMES D'INTERACTION SONT REGIS A LA FOIS PAR DES LOIS OPTIQUES ET DES LOIS THERMIQUES. L'INTERACTION ENTRE LE FAISCEAU LASER ET LA POUDRE SE MANIFESTE PAR UNE DIFFUSION DU RAYONNEMENT ET UNE ABSORPTION PARTIELLE DE L'ENERGIE PAR LES PARTICULES. L'APPARITION D'UNE COUCHE LIQUIDE A LA SURFACE DES GRAINS ENTRAINE UNE MODIFICATION DE L'ABSORPTION. AUX FLUX INTENSES, UN REGIME DE PROPAGATION INSTABLE APPARAIT : LA MATIERE EST VAPORISEE ET IONISEE. LES DIFFERENTES ANALYSES MENEES MONTRENT LA NECESSITE DE LIMITER L'APPARITION DE L'IONISATION ET FONT APPARAITRE LE ROLE FONDAMENTAL DU GAZ D'ASSISTANCE. NOUS AVONS EGALEMENT CALCULE LA TEMPERATURE ATTEINTE PAR LES PARTICULES DE POUDRE AINSI QUE CELLE DE LA SURFACE DE LA PIECE TRAITEE. LE MODELE DEVELOPPE NOUS A PERMIS D'OPTIMISER LE PROCEDE ET DE L'ADAPTER A DIFFERENTES SOURCES LASER.
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CETTE ETUDE REND COMPTE D'EXPERIENCES MENEES DANS LE BUT DE QUANTIFIER LES PROCESSUS OPTIQUES, THERMIQUES, MECANIQUES, ET RADIATIFS MIS EN JEU LORS DE L'INTERACTION D'UN RAYONNEMENT 10,6 MICROMETRES DE FORTE INTENSITE (SUPERIEURES A 1 MW PAR CENTIMETRE CARRE) AVEC UN ALLIAGE D'ALUMINIUM ET UN GRAPHITE, EN ATMOSPHERE RAREFIEE. LES RESULTATS DE CES TRAVAUX ONT PERMIS DE DRESSER UN BILAN D'ENERGIE DE L'INTERACTION SUR UNE LARGE GAMME DE DENSITE D'ENERGIE ET D'INTENSITE MOYENNE (2 A 500 JOULES PAR CENTIMETRE CARRE ET 1 A 200 MW PAR CENTIMETRE CARRE) ET DE SITUER PRECISEMENT LE SEUIL D'APPARITION D'UN PLASMA PLUS OU MOINS OPAQUE AU RAYONNEMENT INCIDENT, A LA SURFACE DES ECHANTILLONS. LE PREMIER CHAPITRE EST CONSACRE A UNE APPROCHE THEORIQUE DES DIFFERENTS PHENOMENES INTERVENANT LORS DE L'INTERACTION D'UN RAYONNEMENT LASER IMPULSIONNEL AVEC UN MATERIAU SOLIDE. LE MODELE DE BASOV FOURNIT TOUT D'ABORD UNE EXPRESSION ANALYTIQUE DE LA PRESSION ET DE L'IMPULSION SPECIFIQUE EXERCEES SUR LA CIBLE. UNE DEUXIEME PARTIE DEFINIT LE TYPE DE PLASMA CREE ET DONNE UNE EXPRESSION DE SON COEFFICIENT D'ABSORPTION. ON EVOQUE ENSUITE L'INFLUENCE DE L'ETAT DE SURFACE SUR LA CREATION DU PLASMA, L'ECHAUFFEMENT DU MATERIAU ET L'EVOLUTION DES PROPRIETES THERMIQUES ET OPTIQUES. LA PROPAGATION ET L'ATTENUATION DE L'ONDE DE CHOC DANS UN MILIEU SEMI-INFINI, FONT L'OBJET DE LA DERNIERE PARTIE DE CE CHAPITRE. DANS LE SECOND CHAPITRE SONT EXPOSES LES MOYENS DE MESURES MIS EN UVRE POUR CES INVESTIGATIONS, ET LES PERFORMANCES DE LA SOURCE LASER UTILISEE. LE TROISIEME CHAPITRE PRESENTE ENFIN UNE ANALYSE DES RESULTATS DE MESURES DE COUPLAGES MECANIQUE ET THERMIQUE, D'ENERGIES REFLECHIE ET DIFFUSEE, DE PRESSION ET DE MASSE ABLATEE, SUR UNE LARGE GAMME D'INTENSITES MOYENNES. L'INFLUENCE DE L'ETAT DE SURFACE DE L'ECHANTILLON ET CELLE DU NOMBRE DE TIRS, EST EGALEMENT ETUDIEE ET PRESENTEE
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST DE COMPRENDRE ET D'ANALYSER LES PROCESSUS PHYSIQUES SUSCEPTIBLES D'ACCELERER DES ELECTRONS A DES ENERGIES RELATIVISTES, LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA INTENSE (ECLAIREMENT LASER SUPERIEUR A 10#1#9W/CM#2) AVEC DES ELECTRONS DANS LE VIDE OU UN PLASMA. CES TRAVAUX S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL AVEC LA NOUVELLE APPROCHE DE L'ALLUMEUR RAPIDE. CETTE THESE SE COMPOSE DE TROIS ETUDES EXPERIMENTALES SUR L'ACCELERATION D'ELECTRONS. LES RESULTATS DE CES EXPERIENCES SONT INTERPRETES EN LES COMPARANT A CEUX DONNES PAR DES MODELES THEORIQUES PRESENTES DANS CE RAPPORT : (I) L'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS LE VIDE PAR L'IMPULSION LASER EST MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. DES ELECTRONS D'ENERGIE INITIALE DE 1 A 10 KEV ENVIRON, SONT ACCELERES A DES ENERGIES VOISINES DE 1 MEV. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC DES SIMULATIONS DE PROPAGATION D'ELECTRONS LIBRES SOUMIS A UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE INTENSE, SPATIALEMENT ET TEMPORELLEMENT FINIE. (II) LE ROLE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE DANS LA PRODUCTION D'ELECTRONS RELATIVISTES (0,4 A 3 MEV) LORS DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER ULTRA INTENSE AVEC UN PLASMA SURDENSE ET PRESENTANT UN PROFIL DE DENSITE TRES RAIDE EST ICI DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT EN BON ACCORD AVEC UN MODELE D'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS CE REGIME OU LA TEMPERATURE CHAUDE T#H EST EGALE A L'ENERGIE D'OSCILLATION D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER. (III) DANS LE CAS DE L'ACCELERATION D'ELECTRONS (0,5 A 20 MEV), LORS DE L'INTERACTION DU FAISCEAU LASER AVEC UN PLASMA PREFORME SOUS CRITIQUE ET LONG, DEUX TEMPERATURES SUPRATHERMIQUES ET DES CANAUX DE CREUSEMENT DE DENSITE ELECTRONIQUE SONT OBSERVES. CES OBSERVATIONS SONT A PRIORI LA SIGNATURE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE OU DE LA DIFFUSION RAMAN AVANT DANS UN CANAL CREE PAR L'AUTOFOCALISATION PONDEROMOTIVE ET RELATIVISTE DE L'IMPULSION LASER.
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ETUDE EXPERIMENTALE DES EFFETS THERMOMECANIQUES INDUITS PAR UN RAYONNEMENT CO::(2) DE PUISSANCE SUR DES MATERIAUX SOLIDES, PLACES DANS L'AIR A DES PRESSIONS VARIANT DE 1 BAR A 10**(-5) MBAR, DU PLASMA GENERE DURANT L'INTERACTION. LES MOYENS DE MESURE MIS EN OEUVRE SONT: CAPTEUR DE PRESSION PIEZORESISTIF, THERMOCOUPLE, CAMERA RAPIDE, INTERFEROMETRE LASER. UNE CORRELATION ENTRE LES DIFFERENTS MECANISMES A ETE ETABLIE. A BASSE PRESSION AMBIANTE, L'INTERACTION EST DOMINEE PAR LA VAPORISATION, TANDIS QU'A PRESSION ELEVEE, ELLE EST DOMINEE PAR LE MOUVEMENT HYDRODYNAMIQUE DU PLASMA GENERE EN AMONT DU MATERIAU
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CE MEMOIRE CONCERNE L'ETUDE THEORIQUE, EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DE L'INTERACTION ENTRE UN RAYONNEMENT LASER UV DES MATERIAUX METALLIQUES, DANS UN BUT D'APPLICATION AU TRAITEMENT DE SURFACE. IL SE COMPOSE DES TROIS PARTIES SUIVANTES: UNE PREMIERE PARTIE THEORIQUE, DANS LAQUELLE SONT PRESENTES LES PRINCIPES GENERAUX DE L'INTERACTION LASER-MATIERE: DE L'ABSORPTION DU RAYONNEMENT PAR LE MATERIAU A LA FORMATION DU PLASMA ET SON EXPANSION HYDRODYNAMIQUE, SUIVIE PAR UNE PRESENTATION DES PRINCIPALES APPLICATIONS INDUSTRIELLES DES LASERS EN METALLURGIE, ENFIN UN EXPOSE SUR LES TECHNIQUES DE CARACTERISATION DE SURFACES POUVANT ETRE UTILISEES DANS CE DOMAINE D'ETUDE. DEUXIEME PARTIE, EXPERIMENTALE, PRESENTE, DANS UN PREMIER TEMPS, LES PRINCIPAUX RESULTATS D'HYDRODYNAMIQUE PLASMAS, ILLUSTREE PAR DES PHOTOGRAPHIES DE CAMERA ULTRA-RAPIDE, AVEC LES DIFFERENTS REGIMES D'ECOULEMENT OBSERVES SUR DES ALLIAGES DE TITANE ET D'ALUMINIUM, GRACE A UN MONTAGE INTERFEROMETRIQUE DE TYPE MACH-ZEHNDER, EN FONCTION LA NATURE DU GAZ AMBIANT, DE LA PRESSION ET DE LA DENSITE D'ENERGIE ; PUIS, DANS UN DEUXIEME TEMPS SONT PRESENTEES MODIFICATIONS OBSERVEES APRES IRRADIATION, SUR DES ACIERS, ALLIAGE D'ALUMINIUM ET ALLIAGE DE TITANE, EN TERMES TOPOGRAPHIE, RUGOSITE, MODIFICATIONS STRUCTURALES, DURETE, ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUES, CONTRAINTES RESIDUELLES, POUR CERTAINS D'ENTRE EUX, RESISTANCE A LA CORROSION. DIVERSES TECHNIQUES ONT ETE UTILISEES POUR MENER A BIEN CARACTERISATIONS, TELLES QUE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE ET EN TRANSMISSION, SPECTROSCOPIE DISPERSIVE ENERGIE, DIFFRACTION DE RAYONS X EN INCIDENCE RASANTE, SPECTROSCOPIE AUGER, ANALYSEURS DE CONTRAINTES PAR DIFFRACTION X, MICROGRAPHIE OPTIQUE, MICRO-DUROMETRE, PROFILOMETRE, RUGOSIMETRE ENFIN, LA TROISIEME PARTIE PRESENTE: RESULTATS ISSUS D'UNE MODELISATION NUMERIQUE, PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, VISANT A SIMULER LA PROPAGATION FRONT DE FUSION DANS LE MATERIAU. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX, NOTAMMENT A DES COUPES TRANSVERSES DES MATERIAUX, OBSERVEES EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE
Author: Yoan Di Maio Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le laser à impulsions ultra-courtes constitue un procédé innovant et très avantageux pour la découpe de céramiques piézoélectriques PZT. Grâce à un fort confinement spatiotemporel de l'énergie au cours de l'interaction, ce système minimise les dégâts collatéraux et préserve l'intégrité physique du matériau sur des échelles micrométriques. Néanmoins, une propagation de faisceau mal maîtrisée, associée à des mécanismes d'interaction complexes fonction de la cible irradiée, peuvent impliquer de fortes disparités sur la qualité d'usinage. Dans le cadre d'une application industrielle donnée, ces travaux nous ont donc permis d'approfondir les principales étapes d'optimisation d'un tel procédé selon des critères de reproductibilité, de qualité et de rapidité. Pour cela, nous avons tout d'abord souligné l'influence des propriétés gaussiennes des faisceaux et de leur perturbation afin de définir la distribution énergétique au niveau des plans de focalisation. Aussi, la quantification de l'interaction via les critères de seuil et de taux d'ablation, d'incubation et de saturation a contribué à comprendre la réaction du matériau de manière macroscopique. Les problèmes méthodologiques inhérents à leurs calculs ont été mis en évidence et ont permis par la suite d'anticiper les formes d'usinage ainsi que les temps de procédé. Dans un second temps, l'optimisation des paramètres laser s'est appuyée sur des caractérisations aussi bien qualitatives pour l'aspect visuel que quantitatives avec l'estimation de la stoechiométrie et des contraintes résiduelles au niveau des flancs d'usinage. Nous avons en outre tiré profit de la piézoélectricité afin de développer une méthode d'observation in situ de la réponse à l'onde de choc laser contribuant à la compréhension des fissurations apparentes. Nous proposons au terme de ce travail un jeu de paramètres optimal pour la découpe de PZT assurant une bonne répétabilité du procédé tout en minimisant les défauts d'usinage comme la fissuration, les dépôts de surface et les irrégularités de bords. Des essais sur la mise en forme spatio-temporelle de faisceau sont enfin abordés principalement en tant que perspective d'accélération du procédé et encouragent son utilisation pour une future industrialisation.
Author: Sophie Faure
Author: Sophie Faure
Author: Bruno Dupont
Author: ERIC.. PAILHAREY
Author: Bruno Dupont
Author: PIERRE-ALAIN.. VETTER
Author: Christophe Prat
Author: GERARD.. MALKA
Author: FRANCOIS.. PUECH
Author: THIERRY.. SARNET
Author: Yoan Di Maio