Способ лазерного синтеза алмазов
Использование: способ относится к получению сверхтвердых материалов, в частности синтетических алмазов, а также может быть использован для достижения и исследования высоких степеней сжатия материалов . Сущность изобретения заключается в том, что получение высокого давления и температуры в углеродосодержащем материале осуществляется воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью потока g Ю10 Вт/см2 за время т с. В результате эффектов поглощения энергии лазерного излучения, испарения и ионизации , вблизи поверхности образуется горячий плазменный слой, а внутри материала распространяется ударная волна, за фронтом которой реализуются давления и температуры , необходимые для преобразования кристаллической решетки углеродосодержащего материала в алмазоподобную. Параметры давления в материале, получаемые от воздействия лазерного излучения, повышаются за счет взаимодействия ударных волн, генерируемых в преграде, при одновременном облучении углеродосодержащей пластины с двух сторон и многократном облучении этой пластины. 1 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) -iE 893HAfl Г .;g ng» 1 Ф, 11йа ч БИ=AAQTE,4А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 4918215/26 (22) 18.01,91 (46) 15.01.93, Бюл. N. 2 (72) Н. В. Бугров, H. С. Захаров и А. А. Чепрунов (73) Н. В. Бугров (56) Поверхность. Физика, Химия, Механика. М 4, 1990. Статья Баковского Ю. А. и др. Лазерное напыление тонких алмазоподобных пленок. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО СИНТЕЗА АЛМАЗОВ (57) Использование: способ относится к получению сверхтвердых материалов, в частности синтетических алмазов, г также может быть использован для достижения и исследования высоких степеней сжатия материалов. Сущность изобретения заключается в том, что получение высокого давления и температуры в углеродосодержащем материаПредлагаемое изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, в частности, синтетических алмазов, а также может быть использовано для достижения и исследования высоких степеней сжатия материалов. Из известных способов наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ создания тонких алмазоподобных пленок воздействием лазерного излучения. В указанном способе воздействием лазерно-о излучения с интенсивностью q < 10 Вт/см под углом 45 на 9 перемещающуюся графитовую мишень получают алмазоподобную пленку на подложке из NaCI и стекла, расположенной в 10 см от мишени. Данный способ предназначен для „„SU „„1788911 АЗ ле осуществляется воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью потокаg >10 Вт/см за время Г 10 с, В результате эффектов поглощения энергии лазерного излучения, испарения и ионизации, вблизи поверхности образуется горячий плазменный слой, а внутри материала распространяется ударная волна, за фронтом которой реализуются давления и температуры, необходимые для преобразования кристаллической решетки углеродосодержащего материала в алмазоподобную, Параметры давления в материале, полуЧаемые от воздействия лазерного излучения, повышаются за счет взаимодействия ударных волн, генерируемых в преграде, при одновременном облучении углеродосодержащей пластины с двух сторон и многократном облучении этой пластины. 1 ил, получения покрытий из алмазоподобных углеродных пленок с удельным сопротивлением 5 10 Ом-см и не позволяет получать 8 синтетические алмазы, так как для превращения графита в алмаз в твердой фазе необходимы давление 150 ... 600 кбар и температура 1200 ... 4500 кК. Целью изобретения является устранение отмеченного недостатка и разработка способа получения алмазов из углеродосодержащих материалов облучением лазерного излучения. 1. Приведем пример конкретного выполнения. Лазерное излучение от источника через формирующую систему падает по нормали на поверхность образца из технически чистого графита (р r = 2,23 г/см ), з 1788911 20 50 имеющего форму пластины. Лазер и формирующая система обеспечивают одновременную подачу на противоположные стороны пластины лазерного импульса с интенсивностью q = 10 Вт/см и длительно11 2 стью т= 0,3 нс, При этом толщина пластины выбирается равной 1 ... 5 мм, чтобы затухание распространяющейся ударной волны с глубиной не привело к выходу давления и температуры на фронте волны за пределы области устойчивого существования алмазной фазы. Диаметр пятна облучения превосходит в 2 — 3 раза толщину пластины для уменьшения влияния боковой разгрузки на процесс синтеза и обеспечения плоского фронта ударной волны. Размеры пластины превышают диаметр пятна облучения для предотвращения разрушения мишени и уменьшения потерь энергии отлазера. Взаимодействие излучения с веществом пластины приводит к интенсивному испарению поверхностного слоя (порядка нескольких мкм) и в результате образуется разлетающийся плазменный факел, а в материале преграды формируется и распространяется внутрь ударная волна, давление и температура за фронтом которой быстро (0,1 нс) достигают требуемых для синтеза значений (см. чертеж). На чертеже приведена фазовая диаграмма графита (;;-параметры за фронтом ударной волны в различные моменты времени). Одновременное действие давления и температуры в ударной волне приводит к превращению решетки графита в алмазоподобную с плотностью р = 3,1 г/см . Взаимодействие встречных ударных волн, движущихся с разных сторон образца, предотвращает их преждевременное затухание и увеличивает размер зоны синтеза à 2 раза. После образования плазменного факела на поверхности пластины большая часть лазерной энергии поглощается в плазме, не доходя до мишени, интенсивность ударных волн падает и процесс синтеза прекращается. Поэтому с целью повышения эффективности процесса и качества синтезируемых алмазов после "просветления" плазмы (: 0,01 — 0,1 мс) воздействие повторяется, Таким образом, введение новых операций — создание давления и температуры в ударной волне с помощью действия лазерного импульса c q > 10 Вт/см за время т 10 с, одновременное облучение исходной мишени с нескольких сторон и многократное воздействие с интервалом между импульсами, превышающем время просветления возникающей плазмы, в совокупности с известной последовательностью операций (воздействие высокого давления и температуры на углеродосодержащий состав) позволяет использовать способ для синтеза алмазов. Предлагаемый способ обеспечивает достижение преимуществ перед известными в этой области, а именно; создание условий для получения алмазов в протяженной зоне и тем самым получение алмазов крупных размеров; повышение эффективности процесса за счет калиброванного подвода энергии в зону синтеза алмазов и тем самым создание условий неразрушения образовавшихся алмазов; эффективное использование энергии для синтеза алмазов за счет кумуляции ударных волн в реакционном составе и многократного облучения мишени; повышение технологичности получения алмазов за счет широкого диапазона создаваемых силовых и температурных нагрузок. Предлагаемый способ может также использоваться и для получения крупных алмазов из алмазной пыли путем ее спекания при прохождении ударной волны, генерйруемой воздействием лазерного излучения. Формула изобретения Способ лазерного синтеза алмазов, включающий воздействие высокого давления и температуры на углеродсодержащий состав, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса и качества синтезирования алмазов, требуемые величины давления и температуры создают в ударной волне, вызванной действием,переходный состав лазерного импульса с плотностью мощности 10 Вт/см за время г 10 с, причем осуществляют одновременное облучение исходной углеродосодержащей мишени с нескольких сторон многократным воздействием с интервалом между импульсами, превышающим время просветления возникающей плазмы от предыдущего воздействия, 1788911 1000 800 600 400 200 005 нс Составитель Н.Бугров Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 8С Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
