Способ лазерного синтеза алмазов

ПИСАН БРЕТЕН К ПАТЕНТ О аааЪ ГОСУДАРСТВЕ ННО Е ПАТЕ НТНОВЕДОМСТВО СССР(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 можетбыть использован для достижения и исследования высоких степеней сжатия материалов. Сущность изобретения заключается втом, 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 лазерного излучения с интенсивностью ц10 Вт/см под углом 45 на9перемещающуюся графитовую мишень получают алмазоподобную пленку на подложке из МаС и стекла, расположенной в 10 см от мишени. Данный способ предназначен для ле осуществляется воздействием импульсного лазерного излучения с плотностью потока 910 Вт/см за время Г10 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 покрытии из алмазоподобных углеродных пленок с удельным сопротивлением 5 10 Ом см и не позволяет получать8синтетические алмазы, так как для превращения графита в алмаз в твердой фазе необходимы давление 150600 кбар и температура 12004500 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 г = 2,23 г/см ),з20 25 3035 40 45 50 имеющего форму пластины. Лазер и формирующая система обеспечивают одновременную подачу на противоположные стороны пластины лазерного импульса с интенсивностью о = 10 Вт/см и длительно 11 2стью т= 0,3 нс, При этом толщина пластины выбирается равной 15 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 диаграммаграфита (-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 -в 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 по 5 10 15 мощью действия лазерного импульса с о10 Вт/см за время 110 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 щ и й с я 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 г10 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 орректор Т,Па еда Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 комбинат "Патент", г, Ужгород, ул Г зводстве ел з ВН