[发明专利]一种粉末材料超快激光吸收率的测量方法

权利要求书

1.一种粉末材料的超快激光吸收率测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1将待测粉末平铺在坩埚内并放置在真空腔中，设定激光功率、辐照时间、重复频率、离焦量、压强后开始激光辐照，测试从开始辐照到粉末冷却至室温的时间-温度数据，记录激光辐照待测粉末的最高温度T₁₁和激光辐照停止到粉末冷却至室温所需的时间t₁₁；

步骤2取同质量的单质粉末平铺在坩埚内并放置在真空腔中，控制激光功率、重复频率、压强、离焦量不变，通过调节激光脉冲数，使激光辐照下粉末材料达到最高温度T₁₂，且0.9T₁₂≤T₁₁≤1.1T₁₂，当最高温度达到T₁₂后停止辐照；测试从辐照开始到粉末自然冷却至室温的时间-温度数据，记录激光辐照单质粉末的最高温度T₁₂和激光辐照停止到粉末冷却至室温所需的时间t₁₂；

步骤3计算待测粉末材料超快激光辐照下的温度为T₁₁时的比热容C₂(T₁₁)＝C₁(T₁₂)(T₁₂/t₁₂)/(T₁₁/t₁₁)，其中C₁(T₁₂)是单质粉末的温度为T₁₂时的比热容，t₁₁和t₁₂分别是待测粉末和单质粉末的从辐照结束到粉末冷却至室温所用的时间；

步骤4改变激光功率、辐照时间、重复频率、离焦量、压强，重复步骤1-3，获得温度点T₂₁，T₃₁，T₄₁，…的比热容C(T₂₁)，C(T₃₁)，C(T₄₁)，…；对得到的不同温度的比热容做多项式拟合，得到粉末超快激光作用下随温度变化的比热容C₂(T)；

步骤5将待测粉末平铺在坩埚内并放置在真空腔中，设定激光功率、辐照时间、重复频率、离焦量、压强后开始激光辐照，记录从激光辐照到粉末冷却至室温过程中的时间-温度(t-T)数据；

步骤6根据时间-温度(t-T)数据建立粉末材料温度变化率与温度的函数关系D_up(T)和D_down(T)；

步骤7测量激光辐照升温面积s，辐照升温深度d，松装密度ρ；将测得的待测粉末的比热容C₂(T)，粉末松装密度ρ，辐照升温面积s，辐照升温深度d，激光功率P，激光辐照阶段温度变化率D_up(T)和自然冷却阶段的温度变化率D_down(T)代入公式(1)，计算粉末材料超快激光吸收率；

A(T)＝C₂(T)ρds/P·(D_up(T)+D_down(T)) (1)。

2.根据权利要求1所述的一种粉末材料的超快激光吸收率测试方法，其特征在于，步骤1、步骤2、步骤4、步骤5所述的激光功率和离焦量满足使激光能量密度低于粉末材料的烧蚀阈值。

3.根据权利要求1所述的一种粉末材料的超快激光吸收率测试方法，其特征在于，步骤1、步骤4、步骤5所述的离焦量满足使光斑直径R与粉末的组份数量n、粉末颗粒的中值粒径D₅₀满足R≥2·n·D₅₀。

4.根据权利要求1所述的一种粉末材料的超快激光吸收率测试方法，其特征在于，步骤2所述的单质粉末选择钨粉或铼粉，其中杂质含量占粉末总质量的百分比≤5％。

5.根据权利要求1所述的一种粉末材料的超快激光吸收率测试方法，其特征在于，步骤6所述的建立函数关系的方法为：首先，对测试记录的随时间变化的离散的时间-温度数据计算温度对时间的差分△T/△t，获得温度变化率；然后，对差分-温度之间的关系做分段拟合，建立差分与温度的函数关系。

6.根据权利要求5所述的一种粉末材料的超快激光吸收率测试方法，其特征在于，所述的分段拟合方法为：按照待测粉末是否被激光辐照，将吸收率测试过程分为两段：激光开始辐照至激光关闭的阶段定义为激光辐照阶段，将此阶段温度变化率与温度的函数关系记为D_up(T)，依据式(2)拟合，其中A₁是温度变化率的上限，A₂是温度变化率的下限，D_up(T₀)是温度变化率的中点，p是拟合参数；激光关闭至粉末冷却到室温的阶段定义为自然冷却阶段，将此阶段温度变化率与温度的函数关系记为D_down(T)，依据式(3)拟合，其中a₀，a₁，a₂，…，a₉是拟合参数；

D_up(T)＝A₂+(A₁-A₂)/(1+(T/T₀)^p) (2)

D_down(T)＝a₀+a₁T+a₂T²+…+a₉T⁹ (3)。