Влияние инфракрасного лазерного излучения на физические и механические свойства синтетических алмазов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

г":: г.

' НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

На правах рукописи СУКЕНБАЕВ Андар Сатыбалдиевич

ВЛИЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ АЛМАЗОВ

01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бишкек — 1994

Райота выполнена в Институте физики Национальной Академии наук Кыргызской Республики

Научный, руководитель - кандидат фцзико-штеыатических

наук, доцент Чокоев Э.С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

академик HAH Кыргызской Республики йуыалиев K.U. кандидат физико-математических наук, старший научный оотруднш Кожогулов 0.4.

Ведущая организация - Всероссийский Инотитут природных и синтетических алмазов и инструмента, г. Москва

Защита состоится " Х9Э4 г. в № часов

на заседании специализированного Совета Д 01.93.12 в Институте физики Национальной Академии наук Кыргызской Республики по едреоу: 720071, г. Бишкек, проспект Чуй, 265а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национальной Академии наук Кыргызской Республики

Автореферат разослан " 40 " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

х.ф.-м.н., о.н.с. ^Десятков Г.А.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Актуальность теш. Возрастание потребности народного хозяйства в порошках синтетического алмаза (СА) ставит все более актуальной задачей создание эффоктивгоге методов их получения и последующей обработки с целью улучшения потребительских свойств. Как известно, на практике в.процессах контроля, улучшения качества и обработки алмазных порошков, в большинство случаев применяются такие мотоды, как дробление на мельницах, травление в расплавах и т.д. Также распространены различные методы сортировки и дополнительной обработки алшзов. Комбинируя мотоды сортировка мо::-:по из одного и того ;ке исходного сырья получать специальные марки алмазных порошков с заданными физико-химическими и механическими свойствами. Ведутся теоретические и экспериментальные исследования СА в направлении разработки новых методов синтеза монокристаллов с заданными свойствами, гдо достигнуты определенные успехи. Однако, несмотря на многочисленные исследования по разработке неразрупающих методов упрочнения алмаза эта проблема по'ла далека от своего эффективного решения.

Совершенствование технологии производственных процессов, повышенно качества продукция и снижение ее себестоимости но могут быть реализованы без применения современных достижений науки и техники, что в полной мере относится и к рассматриваемой нами проблеме. Одниг из наиболее перспективных направлений является использование лазеров в технологии обработки и улучшения качества порошков СА. По сравнению с известными методами, лазерная обработка представляет собой альтернативный путь, потенциальные возможности которого до сих пор достаточно не изучены. Разработка лазерн технологии улучшения физико-механических свойств СА важна в деле дальнейшего развития неразрушавдих методов их упрочнения. Существующие способы обработки алмаза с использованием излучения лазеров мояно свести к таким технологическим операциям, как сверление, раскалывание, подрезка кристаллов и т.д. Причем, практически все результаты были получены на кристаллах природного алмаза (ПА).

На пути внедрения лазеров в алмазную промышленность существуют определенные трудности, что в значительной степени связано

со слабой изученностью механизма взаимодействия лазерного излучения (ЛИ) с кристаллами СА. Также сказывается практическое отсутствие сведений, о влиянии ЛИ на потребительские характеристики СА. В этой связи исследование механизма взаимодействия ЛИ с кристаллами СА с целью улучшения их качества является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является исследование физических и механических свойств кристаллов СА при лазерном воздействии и разработка на-их основе нового эффективного способа обработки СА непрерывным лазерным излучением.

Ддя достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выявить закономерности взаимодействия ПК-лазерного излучения (С0о- и 11АГ-лазеры) с кристаллами СА;

- исследовать влияния условий лазерного нагрева на физические и механические свойства СА;

- выяснить механизмы изменения механических и электрических свойств СА, обработанных излучением СО^лаэера;

- нсслодовать и выявить режимы лазерной обработки, позволяющие улучшить эксплуатационные свойства кристаллов СА.

. Научная новизна полученных результатов сводится к следуеь . тему:

- изучаш изменения оптических свойств щшсталлов'СА при облучении непрерывным ПК-лазерным излучением. Показана возможность использования непрерывного излучения СС^-лазера для вффец-тивной обработки кристаллов СА за счет селективного-а локального воздействия на'их дофокты.

- проведены комплексные исследования влияния условий лазерного воздействия на прочность, электропроводность и термостойкость кристаллов СА марки АС32 315/250 и АС50 400/315. Показана связь повышения.проводимости облученных кристаллов СА со снижением их скорости окисления.

- показано значительное влияние состояния поверхности и дисперсности металлических включений на прочность облученных СА. Указаны диапазоны плотности энергии излучения, при которых достигается максимальное повышение прочности СА.

- установлен механизм повышения прочности кристаллов СА посла лазерной обработки.

Практическая ценнооть полученных результатов заключается в обосновании высокой эффективности и. возмолиюсти роализащш способа лазерной обработки, дозволяющего повысить прочность и электропроводность кристаллов СЛ. Разработанный способ основан на использовании непрерывного излучения СО^-лазера для улучше-шш эксплуатационных свойств СА вместо громоздких и трудоемких аппаратур. Результат!! исследования в настоящее время нашли выход в практику и могут бить использованы при дальнейшие разработках я совершенствовании нвразрушащих методов упрочнения СА.

Робота является плановой, утверддзна Учшпл.1 советом Института фпешш НАН Киргизской Республики и выполнена в рамках научных исследований по томе: "Исследование взаимодействия элоктродуговой плазмы и лазерного' излучения с твердым телом и применение плазменных струй для спектрального анализа и обработки дисперсных материалов" й Гос.регистрации 01860078644 и договора о научно-тохннческом содружестве' И 758 мезду Институтом физики и Институтом сверхтвордах материалов АН Украшш в 198&-1990 гг.

Основные положения. выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментальных исследований особенностей поглощателыюй способности кристаллов СА с различным со дарением металлических включений излучения С02~ и ИАГ-лазеров непрерывного действия.

2. Установлешше закономерности влияния условий лазерной обработки на прочность, электропроводность и термостойкость СА марки АС32 315/250 и АС50 400/315.

3. Экспериментальное обоснование возможности реализации способа по ?ншеш1я прочности кристаллов СА, основанного на использовании для облучения непрерывного излучения С02-лазера.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Ш и 1У Всесоюзных конференциях "Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом"(Сухуми, 1988; Фрунзе, 1590), П Республиканской конференции по физика твердого тела (СШ, 1989), I Республиканской конференции молодых ученых и преподавателей физики (Фрунзе, 1990), 1У научной сессии аспирантов Кыргосуииверситета (5рунэе, 1990), 1У Межотраслевом семинара "Электронный парамагнитный резонанс и оптическая спектроскопия дефектов и примесей в алмазе" (Бишкек, 1991), Мезду-

народной научно-технической конференции "Актуальные проблемы влектрошюго приборостроения" (Новосибирск, 1992). •

ПубЛИКПЦИИ.

Основные положения, диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том число 2 авторских свидетельствах.

Структура диссертации и объем. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, приложения и списка литературы (117 наименований). Работа изложена на 127 страницах текста, содержит 7 таблиц, 40 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, сформулированы цель, научная новизна н практическая ценность, излагаются защищаемые положения и основное содержание по главам.

В пепвой главе сделан анализ методов улучшения физико-механических свойств кристаллов СА. Рассмотрены основные метода такие, как метод направленного синтеза, сортировка и дополнительная обработка алмазов. Указаны цраиыущоства и недостатки указанных истодов.

В сравнении с отмеченными выше способами, анализируется обработка кристаллов алмаза излучением лазера, основанная на локально термическом нагреве. Отмечается, что определенный прог-ресо в атом направлении достигнут при обработко кристаллов ОА. Указано на отсутствие работ по изучении влияния ЛИ на свойства СА. Из анализа литературных данных, посвященных лазерной технологии обработки алмазов, следует, что в опубликованных работах для улучшения и контроля качества, в основном, применяются лазеры, работающие в импульсно-периодическом ражимо или в режиме одиночных импульсов и практически не затронуты возможности использования для этих целей лазеров, работающих в непрерывном режиме генерации.

Создание технологии обработки с использованием лазеров невозможно без исследований, позволяющие качественно объяснить механизмы взаимодействия ЛИ с веществом. Поэтому ввиду их важности они рассмотрены отдельно.

В результате анализа опубликованных работ, где рассмотрено воздействие ЛИ на алмазы, можно констатировать, что к настояще-

му времени практически не разработаны фундаментальные'проблемы взаимодействия ЛИ с алмазами. Поэтому и неудивительна скудность экспериментальных данных: как правило, изучались лишь процессы, приводящие к наведенному разрушению алмаза. Каких-либо полных зксперименталыгах данных об изменении физических свойств алмаза (гак ПЛ, так и СЛ) при его лазерном облучении в открытых источниках информации нами не найдено. Это и обусловило постановку задачи исследований, где основное внимание уделено изучению влияния ЛИ на элементарные физические и механические свойства СЛ.

Во второй главе дано описание экспериментальных установок, методик проведенных экспериментов и охарактеризованы объекты исследования и источник излучения.

В качестве объектов исследования выбраны серийные шлифпо-рошки СА марки АС32 315/250 и АС50 400/315, синтезированные в ростовой системе Ni-Mn-C (ИСМ Ail Украины).

С целью выбора источника излучения был проведен спектральный анализ кристаллов СА с помощью спектрофотометра ИКС-29 в диапазоне длин волн Л = 2-25 мкм. Анализ показал, что во всем исследуемом диапазоне X доля энергии ИК-излучения, прошедшей через монослой СА, составляет примерно 10-20%. Это говорит о доминирующей роли макродофзктов в процессе взаимодействия Ж-излучения с исследуемыми образцами, поскольку чистые кристаллы СА имеют существенно отличный спектр поглощения. На основании результатов сделан вывод о целесообразности применения для облучения СА наиболее эффективных и практичных С02-лазвров, генерирующих на длине волны 10,6 мкм.

Изугдн процосс рассеяния и пропускания порошков СА излучения ИК-И-звра. Источником излучения служил непрерывный С02~лазер мощностью ~ 40 Вт. Для предотвращения перегрева кристаллов СА и растрескивания используемых окон (К0,и) применяли ослабитель, представляющий собой диск с отверстия?,ш различных размеров. Лазерное излучение посла германиевой линзы попадает на монослой СА, который располозэн в кювета из КВг . Индикатрисы рассеяния и пропускания ЛИ изучали с помощью прибора ШО-2, калориметр которого перемещали по окружности на расстоянии 10 см от зоны облучения.

Для изучения скорости нагрева образцов СА была создана установка на базе С0?-лазера. Все измерения проводились в вакуумной

камере, дающей возможность уменьшить давление до 1,3 Па. Пятно, фокусированного ЛИ на образец составляло ~ 2 мы2. Образцы кристаллов СА помещали в цилиндрическую полость измерительной ячейки, изготовленной из шамотового камня. Диаметр отверстия ячейки равнялся 0,4 мм. С тыльной стороны в контакте с кристаллом крепили хромель-алшелевую термопару с диаметром проводов 50мкы. Выходная мощность контролировалась приемником ШО-2 с помощью поворотного зеркала. Мощность излучения, падающего на образец, рассчитывали по выходной мощности ЛИ с учетом пропускания ослабителя, входного окна вакуумной 1аморы и линзы. Система регистрации температуры состояла из хромель-алюмелевой термопары и двухкоор-динатного самописца типа ЭВДИМ с постоянной времени 3«10~^с. Относительная погрешность определения температуры составляла ~ &%. Указанная методика измерения' скорости нагрева образцов СЛ накладывает определенное ограничение на размер кристаллов: они должна быть термически тонкими. Точнее, так как термопара находится в

центре ----

Г ~ \аг ,

где а - коэффициент температуропроводности, Г - радиус кристалла СА, г - характерное время. Определим Г , считая м2/с (500 К)х, т = 3-Ю"2 с. Тогда Г- 1,73-10~3 ы. Таким образом, исследуемые кристаллы СА ( £ = (3-4)-Ю-'1 м) мо;шо считать термически тонкими.

Изучение процесса пропускания одшШчннх кристаллов ИК-лазер-ного излучения (СО2- и МГ-лазеры) проводилось на вышеописанной ге установке, но при нормальных условиях. Прошедшее сквозь СА лазерное излучение регистрировалось прибором ШО-2. Коэффициент поглощения монокристаллов, измеряемый с учетом их пропускной способности вычислялся по формуле К = 2,31)/£ , где В - оптическая плотность, С - толщина образца.

Испытания на прочность как исходных, так и облученных кристаллов СА проводили на установке РМ-30 по стандартной методике. Црочность определялась при комнатной температуре по величине нагрузки, при которой разрушается зерно СА. Относительная ошибка измерений прочности была не более 15-20$. Плотность потока энэр-

* Физические свойства алмаза: Справочник / Под ред. Н.В. Новиков* - Киев: Наукова думка, 1987. - 188 с.

гии ЛИ ( 0 = д-г , где 3 - интенсивность ЛИ, г - время экспозиции) на поверхности порошков СА менялась двумя способами. В первом случае меняли г в интервале 15-90 сок при постоянной мощности (Р) и диаметра пятна ЛИ (с/) - (I , во втором меняли Р при постоянном Та с/ - /?".

Лазорно-индуцировашше изменения физических свойств СА исследовались методом ЭПР, рентгеноструктурного и термического анализов. Спектры ЭПР поронков СА исследовали на стандартном радиоспектрометре РЭ-130? при комнатной температуре.,Субструктура СА изучалась рентгенографически на дифрактометро ДРОН-3 в СаК^-излучении. Термический анализ СА проводили на дориватотрафе (тип 3427) в платиновом тарельчатом тигле. Изменение морфологии поверхности СА изучалось на растровом элоктрош;ом микроскопа ТЕ Б/. Я ВЭ 301 и приборе ИТ 5010.

В третьей главе исследован процесс взаимодействия ПК-лазерного излучения (СО^- и ИАГ-лазери) с кристаллами СА. Поскольку основным моментом исследования влияния ЛИ на физические свойства СА будет их взаимодействие, то необходимым этапом изучения процессов, развивающихся при воздействии ЛИ на кристаллы СА, является определение изменения их оптических свойств (отражение, поглощение) .

Как показали опыты, типичные индикатрисы рассеяния и пропускания обладают различной формой. Практически круговая форма индикатрисы рассешшя обусловлена хаотической ориентацией граней кристаллов СА, а вытянутая форма индикатрисы пропускания подтверждает расположение кристаллов в виде монослоя. Установлено, что для всех исследованных СА индикатрисы рассеяния и пропускания является ос асимметричными. Интегрирование по полусфере значений ишмнсивностей ЛИ в продолах углов 20-60° (отражение) и 60-90° (пропускание) дало долю отраженного >у 30-40$ и прошедшего ~ 10-20/5 излучения.

Для полного понимания процесса взаимодействия ЛИ с кристаллами СА необходимо установить связь мо:зду содержанием металлических включений и поглощателыюй способности СА лазерного излучения. Поэтому дальнейшею исследования проводилось на монокристаллах, отсортированных по содержании металлических включений (Л , тс.%) • Из гагщой партии^ изучались более 100 монокристаллов, имеющие массу т~1,5-10~3 карат, среднюю толщину б~4*10"Л|

(АС50) и т. ~ Ю-3 карат, £~3-ю"4 м (АС32). Исследование коэффициента поглощения монокристаллов калориметрическим методом с одной стороны и с учетом их пропускной способности ЛИ на длинах волн 1,06 и 10,6 мкы о другой показало, что возможной причиной увеличения поглощения излучения является наличие относительно 1фушшх включений в СА. Эффективное поглощение включениями более длинноволнового излучения свидетельствует о волновом характере взаимодействия ЛИ с кристаллами СА. Оценочные расчеты показывают, что энергия, проходящая через монокристалл СА, примерно равна £ = е6ехр(-к1)х0,2Еомя 1 = 10,6 мкм и для Я =1,06

мкм.

в четвертой глава изложены экспериментальные результаты по исследованию физико-механических и блектрофизических свойств СА облученных СО^-лазором.

Установлено, что прочность СА определяется, с одной стороны параметрами Ж, а с другой свойствами исследуемых образцов СА. При значении 0'> 6,4-Ю3 Дк/см2 (Р = 6 Вт, о/ = 3 мм, г. = 15-90 с) наблюдается сшикепие разрушанцои нагрузки ( Р ) у образца СА марки АС32 315/250, который имеет относительно низкую магнитную восщтшлчивость ( X = 1,6-10~8 ы3/кг; рис. I, кривая I). Это, по-видимому, обусловлено тем, что данный образец входит в камерный продукт флотации, поверхность которого более дефектна, хотя и содержит минимальное количество включений. В то же время

0 2 4 6 8

3 2

Рис. I. Зависимость разрушающей нагрузки кристаллов СА от плотности энергии лазерного излу чения.

роот 0' > 6,4* Ю3 Дж/сМ2 НО приводит К 01ШЯ9ШШ Р образцов марки АС50 400/315 (кривые 2,3), которые также входят в камерный продукт. Следовательно, помимо степени дефектности поверхности на Ё облучешшх СА влияет и их зернистость.

м цо

100

60

20

0 А 8 № 16 Док/см"

Рис. 2. Зависимость разрушавшей нагрузки кристаллов СА от плотности энергии лазерного излучения: О - Я I; • - Ц 2-, ® - Л 3; в - й 4; п - Л 10.

При умеренных значениях плотности энергии облучения ( И"= (3,9-9)-Ю3 Дя/см2) обнаружено возрастание Р кристаллов СА, входящих в пешшй продукт флотации примерно в 1,5-2 раза (рио.2, кривые 1,2). Отметим, что повыиенко 0" до 1,7-10^ Дк/см2 не приводит к существенному снидешш Р образцов 1,2 и £ 10 (кривая 3). Однозначного объяснения такому явлению дать трудно. Молено предпологшть, что причиной устойчивости к лазерному нагреву, возможно, является состояние включений на поверхности СА (образцы й 1,2) и их предварительная химическая обработка (образец 10). В отличив от других СА, в приповерхностном слое образцов 1,2 имеется пленка, состоящая из тонкорассеявшх металлических включений. Устойчивость к лазерному нагреву образца 10 можно объяснить его предварительной металлизацией. Уменьшение ё кристаллов СА, имеющие Л- 0,57 мае.? (образцы 3,4) при 0.>1,29-Ю4 Да/см2

(рис. 2, кривая 4), по-видимому, объясняется наличием в них мелкодисперсных включений с низкой магнитной восприимчивостью X = (4,45-9,71)-Ю-8 мэ/кг. В данном интервале 0" на кое, вероятно, влияет и процесс графитизации алмазной матрицы. Рассмотрим применимость этого механизма в случае реализации используемых в данной работе условий облучения кристаллов СА ( Я"= 1,7*10^ Дж/ ил2, г =30 сек).

Определение условий нагрева основано на анализе уравнения Аррениуса & = д. ехр £/цТ) ,

Скорость убыли радиуса (Г) частицы алмаза может быть рассчитана по формуле ¿г/М =-*г'~г,

где 2- Е/ЙТ , Е - энерхчш активашш алмаза, /? - газовая постоянная, гг - доля активных атомов углерода (х = )Г2г, % -удельная скорость окисления). Полное выгорание частиц с радиусами, меньшими заданного , происходит при времени обработки

Г = ? .

В качестве примера рассмотрим режим обработки при Г< Гк - 400 мкм. Считая, что £ = 46 кДж/моль л Т~ 900 К (эта температура соответствует температуре подложки при й"= 1,7-Ю4 Д-к/сьг). Следовательно, аг = 1,15-10~12 см5/с и г г 24 с. Тот факт, что это находится в разумном согласии с экспериментальным значением (С- зо с), свидетельствует о правильности сделанной оценки V .

В ходе исследоваш1я механических свойств облученных СА установлено, что для Р(0") можно выделить три характерных значе -ния й" : й ' -- (2,6-9)-Ю3 Дж/см2 соответствует росту Р ; й">1,29-Ю4 ,1^/сч3, когда значение Р значительно уменьшается; £}"={ 1,5 -1,7) -Ю4 Дк/см2, когда Г практически выходит на минимум. Анализ оптических свойств с данными изменения морфологии поверхности облученных СА показал, что в диапазоне Ц"= (1,3-5,1)-103 Дк/см2 поверхность СА не претерпевает глкого-либо изменения и поглощение остается постоянным. В диапазоне 0."= 7,7-Ю3 ДгУсм2 появление тонкого слоя графита на поверхности•СА еще не приводит к видимым изменениям морфология в зоне облучения, хотя поглощение увеличивается. У кристаллов СА, включения которых находятся в мелкодисперсном состоянии при ?тпх же значениях 0 наблвдается интенсивная гранитизация поверхности. При достилсении плотности энергии

излучения Ог'= (9-12,9) -Ю3 Дк/см2 наблюдается выход на поверхность СА металлических включений и появление микротрощин у образцов с А = 1,52-1,98 мае,размер которых по мере роста С" увеличивается.

Исследование влияния среда обработки (воздух, аргон) на Р кристаллов СЛ марки АС32 315/250 показало, что она в диапазоне 0." = (2,6-9)-Ю3 Дж/см2 практически не-зависит от вышеназванных газовых сред.

Для выяснения механизма упрочнения облучешшх СА, методом ЭПР и рентгоноструктурного анализа исслодоваш структурные изменения. При комнатной температуре структурная прям ось (азот) обнаружена в виде одиночных атомов, спектр ЭПР которых представляют собой триплет линий с $.=2,0025, Установлено, что ЗПР-сигна-лн СА после их облучения в диапазоне 0"= (2,С-9).Ю3 Дж/ал2 не изменяют своего вида и интенсивности по сравнению с исходными. Это свидетельствует об отсутствии изменения состояния примесных центров в кристаллах СА.

Сравнение характера изменения прочности облученных кристаллов СА с данными рентгенографического исследования показало качественную корреляцию между разрушавдэй нагрузки и величиной внутреннего микронапряжения. Утирание дифракционной линии (331) (рис. 3) при практически неизменных размерах блоков указывает на

Рис. 3. Профили К^ - дублета рентгеновской линии (331) в спектре образца Г* 2: а - исходный образец; б - после облучения образца при а" = 6,4 Ю3 Дж/см2; в - облучен при й" = 7,7-Ю3 Дя/см2;

г - профиль рентгеновской линии образца после облучения

139

1-12

2 8,град. ^

А":

9 •Ю4

Дн/см2.

рост величины внутренних мйкронапряжений в облученных кристаллах СА. При этом параметр решетки увеличился на 0,04-0,1%. Следует отметить, что с ростом велячины внутреннего микронапряжения увеличивается и плотность дислокаций.

Обнаружено увеличение ¡электропроводности ( б") СА после облучения их излучением СО,-лазера (рис. 4). Анализ зависимости

Рис. 4. Температурная зависимость электропроводности образца $ I:

1 - до облучения;

2 - после облучения;

3 - повторное измерение .

^/т.к-1

б'(1/Т) показывает, что эта зависимость тлеет два участка, различающихся разной энергией активации носителей заряда соответственно Ех=1.2эЬ и £;=0/эБ. Подобного рода активациошшй характер проводимости является типичным для твердых тел и, в частности, для монокристаллов алмаза. По всей вероятности, при лазерном облучении изменение б происходит в поверхностном слое. Поскольку при повторном измерении 6 облученного СА, наблюдаемый резко выраженный максимум исчезает, а значение 6 уменьшается. Возрастание № абсолютного значения 6 при повторном измерении может быть обусловлано с частичной графитпзациой наиболее дефектных участков СА. Такими участками могут быть микропоры н микротрещи-ш, которыо являются мостами сосредоточения металла-растворителя и играть роль капилляров в процессе выплавления металлических включений при высокотемпературном нагреве.

с -

б", Ом"* СМ1 -7

10

Л

10

-15 10

10

Вашим моментом, с точки зрения практики, является изучониэ работоспособности порошков СА в инструменте. Алмэзнца сегментные инструменты изготовлены на участке "Синтез алмазов" Токмакского завода камнеобработки по технологии и на связке, разработанной Институтом физики. Проводошше в производственных условиях испытания при распиловке розового гранита показали, что износостойкость инструментов, изготовленных из облученных лазером порошков, повышается в 1,2 раза по сравнении с инструментами, изготовлешше исходных порошков АС32 315/250.

Обнаружено снижение скорости окисления у кристаллов СА, которые входят в пенный продукт флотации. Определены оноргии активации процесса окисления облучешшх кристаллов СА. Показано, что устойчивость СА к тормоокисленпю проявляется в росто энергии активации и согласно кривым дифференциального термического анализа экзоэффект сдвигается в сторону больших температур.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате спектральных а оптических исследований показана возможность бесконтактного воздействия непрерывным излу-чзш1ем С02~лазера малой интенсивности на внутренние макродефектц структуры кристаллов СА. ■

2. Обнаружен эффект упрочнения кристаллов СА в некотором диапазоне малой интенсивности лазерного облучония (~ 3•1С" Вт/см2) и времени обработка 30 сек). Показано, что прочность СА зависит не только от параметров лучистого воздействия, но и от их исходного состояния. В частности, увеличение прочности СА, содержащих относительно крупные включения, происходит при более низких значениях плотности энергии излучения (0 "=(2,0-5,1)-Ю3 Да/сы2, чем кристаллов с мелкодисперсными включениями ( 0." = (6,4-9)-Ю3 М/си2.

3. Установлено, что прочность кристаллов СА практически не зависит от среды обработки (воздух, аргон) при умеренных^значо-Ш1ях плотности энергии облучения ( 0."= (2,6-9) -Ю3 Да/см2. При больших значениях 0.", когда паблвдается разупрочнение кристаллов СА, скорость снияония прочности в срода аргона несколько меньше1 скорости снижения прочности в воздухе. Указанное явление объясняется окислением зерен СА в воздушной срода обработки.

4. Исследования структурных изменений исходных и облученных .кристаллов СА рентгенографическим и ЭПР методами дали воа-ыолшость объяснить обнаруженный аффект упрочнения. Уширение дифракционной лиши! (331)при практически неизменных размерах блоков указывает на рост величины внутренних микронапряжений в облученных кристаллах СА. Установлено, что повышение прочности СА происходит в результате роста величины внутреннего микронапряжения.

5. Комплексше исследования оптических и механических свойств в совокупности с данными изменения морфологии поверхности облученных СА позволили определить оптимальные режимы лазерного облучения, при которых реализуется повышение прочности в 1,5-2 раза.

6. Электрофизические и термические исследования позволили обнару-тлть эффект увеличешш проводимости и скшшшя скорости окисления облученных СА. Они особенно ярко проявляются для кристаллов СА пенного продукта флотации. Устойчивость СЛ к терыо-окислешш проявляется в рооте энергии активации и согласно крЕ -вьи дифференциального термического анализа зкзоэфрект сдвигается в сторону больших температур.

7. При испытании алмазных сегментных инструментов на износостойкость обнаружено, что использование инструментов, изготовленных из облученных лазером порошков, позволяют снизить удельный расход алмазов на 15-20$.

Основные результаты исследований опубликованы в следуидих работах:

1. Жеенбаев Ж.К., Сукенбаев А.С., Чокоев Э.С. 0 взаимодействии ИК-лазерного излучения с синтетическими алмазами // ФиХШ. - 1987. - & 5. - С. 146-148.

2. Еаенбаев S.S., Сукенбаев А.С., Чокоев Э.С. Влияние лазерной обработки на прочность синтетических алмазов // Ш Всесоюзная конф. "Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом". Тез.докл. Сухуми, 1988. - С. 138.

3. Сукенбаев А.С., Чокоев Э.С., Чолоков К.С. Влияние лазерной обработки на электропроводность синтетических алмазов

// ФиХОМ. - 1989. - 3 6. - С. 135-137.

4. Сукенбаев A.C., Чокоев Э.С. Изменение электропроводности облученных кристаллов синтетического алмаза'// П Республиканская конф. по физике твердого тола "Физика диэлектриков и полупровод-пиков", Тез. докл. Ош, 1989. - С. 191.

5. Сукенбаев A.C., Чокоев Э.С. Влияние лазерного нагрева на физико-мехаштскио и электрофизические свойства синтетических алмазов // 17 Всесоюзная конф. "Взаимодействие изл, ¡ония, плазменных и злектрошшх потоков с веществом". Тоз. дои. Фрунзе, 1990. - С. 82.

6. Сукенбаев A.C., Чокоев Э.С. Об электропроводности порошков синтетических алмазов облученных лазерным излучением // I Республиканская конф. молодых ученых и преподавателей физики. Toa. докл. Фрунзе, 1990. - С. 15.

7. Жоенбаев S.S,, Чокоев Э.С., Сукенбаав A.C. и др. Влияние лазерного облучения на физико-мохаш1ческио характеристики синтетических алмазов // Структура и свойства моно- и поли-кристаллическюс материалов. - Фрунзе: Илиы, 1990. - С. 61-64.

8. A.c. Л 1600254, 1990. Способ обработки материалов лазерным излучением / 2.Ж. Яеенбаев, II.В. Новикоз, Э.С. Чокоав,

Г.П. Богатырева, A.C. Сукенбаев,Г.А. Етзалий.

9. A.c. й I549I44, 1983. Способ обработки алмазного г.ш*ге-рвала/Э.С. Чокоев, К.С. Чолоков, A.C. Сукенбаев, Т.А. Куручбеков.

10. Сукенбаев A.C., Исследование поглощательной способности синтетических алмазов ИК-лазерного излучения // 1У научная сессия аспирантов Кыргосуниверситета. Тез. докл. Фрунзе, 1990. - С. 7.

11. Ееенбаев К.2., Сукенбаев A.C., Чокоев' Э.С. Лазерно-•шздуцировашше изменения физических свойств синтетических алмазов // ЭПР и оптическая спектроскопия дефектов а примесей з алмазе. - Бишкек, 1991. - С. 8-10.

12. 1.2. Ееенбаев, A.C. Сукенбаев, Э.С. Чокоев, К. Утомисов Исследование поглощательной способности шлифпорошков- синтетических алмазов к излучению С02-лазэра // ЭПР и оптическая спектроскопия дефектов и примесей в алмаз о. - Бишкек, IS9I. - С. 42.

13. Сукенбаев A.C., Утешсов К.У., Чокоев Э.С, Упрочнение силтотическпх алмазных порошков лазорноП обработкой // Труды Международной научно-технической конфпрзнсщи "Актуальные пробле-т элоктрошого приборостроения". -- Т. 3. Лазеры и их применение в народном хозяйства. - Понос но';: рек, IS92. - С. 50-53.

ИК-ЛАЗЕР НУРУНУН СИНТЕГЖАЛЫК АЛМАЗДАРДЫН ФИЗИКАЛЫК ЖАНА МЕХАНШЛЫК КАСШТЕРИНЕ ТИЙГИЗГЕН ТААСИРИ АННОТАЦИЯ

ИК-лазер нурунун синтетияалшс алмаздар (СА) менен болгон еэ ара аракеттенуу процессл иэидценген. Толкун узундугу Л=2-25 мкм чегиндеги спектралднк изилдеонун натчйхасы керсоткендей, бардык изалденген Л диапазонунда СА монокатмары аркылуу еткен ИК-нуру-нун энергиясы болтал менен 10-205 тузет. Спектралдык изидцеентн натыйжасы 10,6 мкм толкун узундугунда штеген С02-лазери СА нур-лантуу учтя колдонуу максатка ылайкк экенин кыйынтыктады.

Лазер нурунун кээ бир интенсивдутлтгт азыраак Вт/

ем2) л'лна таасир этуу убактысы (~30 с) болгон диапазонунда OA боке,уделил эффектной баикалган. Нурланган кристаллдярдагы струк-туралмк езгеруглердт рентгенография жана ЭГ1Р нкмалары менен изил-дее байк&яган бекевделту эффектисин тушувдтрутго мумктнчултк бер-ди. Блокторсун &лче.чдерунун езгербшу жана дифракциями сызыктын ички г.ккрочыцалуу чондугунун есуштн керсетту, Алмаздар-дкн бекемделкшинин жогорулашн алардкн ички микрочыналуу чондугунун ест^у менен тнгыз байланншта экенин аныктадн.

INFLUENCE OP IR-LASER RADIATION Oil THE PHYSICAL AHD tiECHAlJICAL PROPERTIES OF SYNTHETIC DIAMONDS

ABSTRACT

The process of interaction of IR-laser radiation with ¡synthetic diamonds (SD) io studied. The reoults ,of spectral investiga -tion in the wavelength range of Л в 2-25 fun showed that in whole studied Я range the part of IR-radiation energy passing through the 3D monolayer makeo ~ 10-205». The results of spectral investigation allow to conclude that it is reasonable to use COg-laser, generating at X « 10,6yum, for 3D irradiation.

Effect of strengthening of SD crystals is found in some range of a small intensity of laser irradiation (~3,Ю'> W/sm2) and treatment duration 30 s). This strengthening effect has been explained on the basis of radiographic and EPF. investigations of structural changes in irradiated crystals. It is found that tho strength of SD increases with the rise of inner raicrostrain, such conclusion follows from widening of (331) diffraction line when dinenaions of blocks are. practically unchanged.