Способ обработки изделий из монокристаллов корунда

СОЮЗ СОВГТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Н 9) 0 В 33/02, 29/20 м С ТЕНТНО ГОСУДАРСТВЕННОВЕДОМСТВО СС(ГОСПАТЕНТ ССС НИЕ ИЗОБРЕТЕ ОПИС К АВТОР(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛОВ КОРУНДА(57) Изобретение относится к получению изделий из монокристаллов корунда и позволяет повысить иэделий за счет локального упрочнения зон, содержащих напряжения. Способ включает перемещение через зону напряжений нагревателя шириной 0,2 - 0,4 ширины зоны, нагретого до 2050-2100 С, с усилием, равным 1,0-1,3 предела текучести монокристалла. Получены изделия - стоматологические имплантанты, равнопрочные во всех сечениях. 4 ил., 1 табл,ции метода Степанова для получения сложных массивных несимметричных изделий приходится использовать многокапиллярную подпитку расплавом фронта кристаллизации, что приводит к резкому ухудшению структурного совершенства локальных зон кристалла, расположенных над областями взаимодействия разнонаправленных потоков расплава.Эти эоны в кристалле содержат напряжения; поры, скопления границ блоков и дислокаций, в них повышены остаточные напряжения, что снижает механические характеристики кристалла в этих местах (локальное снижение прочности).Целью изобретения является повышение прочности. изделий для медицинских имплантантов за счет локального упрочнения зон, содержащих напряжения. У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Андреев Е.П, и др. О блочности профи лированного сапфира, выращенного в усло виях многокапиллярной подпитки зоны кристаллизации. Сб "7 Всесоюзная конференция по росту кристаллов". М.; 1988, т. 3 с, 384-385,Батыгин В,И, и др, Термохимическая обработка поверхности сапфира в водороде Физика и химия обработки материалов 1978, М 2, 126 - 130.Авторское свидетельство СССР М 1476982, кл. С 30 В 33/00, 29/20, 1987. Изобретение относится к способам упрочнения монокристаллов корунда и может быть использовано на предприятиях, выпускающих иэделия иэ монокристаллов,В последние годы резко возросла потребность в монокристаллических изделиях сложной формы иэ корунда, Характерным примером таких изделий являются стоматологические и ортопедические имплантанты. К таким изделиям предъявляются жесткие требования по механической прочности,так как в процессе эксплуатации изделия подвергаются сложным деформациям (сдвига, кручения, сжатия и изгиба одновременно). Для обеспечения работоспособности изделий в таких условиях требуется их равно- прочность во всех сечениях,Заготовка для изделий выращивают иэ расплава методом Степанова, При реализа 1 1603863 А 1На фиг. 1 представлена схема для реализации способа(позициями А, В и С обозначены начальное, промежуточное и конечное положения нагревателя); на фиг. 2 - изделие из корунда (стоматологический имплантант) с зоной, содержащей напряжения; на фиг. 3 - схема перемещения нагревателя (вид сбоку) через зону, содержащую напряжения; на фиг. 4 - схема, демонстрирующая соотношение между размерами нагревателя и упрочняемой зоны.П р и м е р. Способ осуществляют следующим образом.В индукторе 1 с концентратором 2 высокочастотной энергии (фиг. 1) закрепляют упрочняемый образец 3 с помощью держателя 4. Нагреватель 5 с автономным питанием 6 и грузами 7, создающими деформирующее усилие, размещают в центре зоны 8, содержащей напряжения. С помощью индуктора 1 поднимают температуру образца до заданной величины. Предварительный нагрев упрочняемого изделия, осуществляемый системой индуктор 1 - концентратор высокочастотной энергии 2, необходим для предотвращения возникновения высоких термоупругих напряжений в изделии. Затем включают нагрев нагревателя 5 с помощью автономного питания 6 и доводят его температуру до 2050-2100 С. После начала плавления изделия под действием грузов 7 начинают линейно перемещать нагреватель сквозь изделие со скоростью, определяемой весом грузов 7. Благодаря этому происходит пооплавление эоны, содержащей напряжения. При этом нагреватель последовательно занимает позиции А, В и С (фиг. 1 и 3). Одновременно с проплавлением (фиг. 4 поз, 9 - расплав) в зоне 8, в 3 - 5 раэ превышающей толщину нагревателя 5, происходит пластическое течение, После пройлавления и пластического деформирования в зоне с напряжениями резко понижается плотность пор уменьшается протяженность границ блоков. После прохождения этой зоны снижают температуру нагревателя и упрочняемого изделия до комнатной.Сапфировый стоматологический имплантант ИС - 105 (фиг, 2). выращенный иэ расплава методом Степанова и не содержащий легирующей примеси, с температурой плавления 2050 С, в своей центральной части имеет зону шириной 1000 - 1200 мкм; содержащую напряжения, Этот образец упрочняет следующим образом. В индуктор 1с концентратором 2 высокочастотной энергии кристаллизационной установки "Кристалл - 606" помещают имплантант 3 на5 молибденовой подставке 4 таким образом,чтобы зона, содержащая напряжения, находилась в центре симметрии индуктора, Нагреватель 6 с грузами 7, создающимидеформирующее усилие, размещают в центрезоны, содержащей напряжения. При ширине эоны, содержащей напряжения, равной1200 мкм, толщину нагревателя подбираютравной 0,3 мм. Для создания величины деформирующего усилия, равного 0,6 кгlмм15 (предел текучести 0,5 кг/мм), подвешивают сдвух сторон к нагревателю грузы по 0,2 кг, Весгрузов выбирают из следующих соображений. Размер проплавляемой зоны 2 мм. Притолщине нагревателя, равной 0,3 мм, пло 20 щадь проплавляемой зоны 0,7 мм . Отсюдаи общий вес грузов для создания необходимого усилия равен 0,4 кг.Установку вакуумируют аргоном до 1 хх 10 з мм рт.стзаполняют аргоном до дав 25 ления 1,05 атм. С помощью индуктора с концентратором высокочастотной энергииобразец нагревают до .1 700 С. Температуруконтролируют пирометром "Проминь", температуру нагревателя устанавливают рав 30 ной 2070 С. Под действием грузов 7нагреватель проходит через изделие, проплавляя зону, содержащую напряжения. После прохождения нагревателя черезиэделие его охлаждают до комнатной тем 35 пературы, После проплавления происходитполная перестройка структуры, практическиисчезают поры, уменьшается протяженность границ блоков, что приводит к упрочкению зоны, содержащей напряжения, и,40 соответственно, к увеличению коэффициента трещиностойкости в этой зоне.В таблице представлены сравнительные данные по величине коэффициента трещиностойкости иэделий, полученных при"5 разных режимах обработки, 0-предел текучести монокристалла,Как следует из данных таблицы, прочно-.стные характеристики зоны, содержащейнапряжения, после упрочнения при указанных в формуле параметрах, оказываютсяравными средним значениям прочностныххарактеристик объема изделия, т.е, получают изделие, равнопрочное во всех сечениях,1603863 щих напряжения, термообработку ведут при 2050 - 2100 С перемещением через зону напряжений нагревателя шириной 0,2 - 0,4 ширины зоны с деформирующим усилием, равным 1,0 - 1,3 предела текучести монокристалла,Формула изобретения Способ обработки изделий из монокристаллов корунда путем их термообработки в защитной атмосфере, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности изделий для медицинских имплантантов за счет локального упрочнения зон, содержаТолщина на- Ширина упгревателя, рочненной мкм эоны, мкм Коэфф. трещи ностойкости объема иэделиу, мН/м Усиление премещениянагревателя,О Температура нагревателя, С Ширина зоны,содержащей напряжения, мкму 1200 1100 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 2040 2050 2070 2100 2130 2070 2070 2070 2070 2070 2070 1,1 1,1 1,1 1,3 1,1 0,8 1,5 1,1 1,1 0,9 1,0 300 300 300 400 300 300 300 700 100 300 300 0 1100 1200 1200 1200 0 0 2500 400 0 12003,8 4,1 3,9 4,0 4,2 4.0 4,0 4,1 4,0 3,6 3,8 Коэфф, тре- щиностойкости зоны, со держащей концентраторы напряжений,3/2 2,6 4,0 3,9 4,0 3,0 2,8 2,2 4,1 3,1 2.9 3,91603863 6 ЬаЗ ов ор О,Густи акаэ 559 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Проиэводствен ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Га а, 101 Составитель А,Сере Редактор Т,Куркова Техред М.Моргента