Способ упрочнения кристаллов

5 Ц 1813126 АЗ союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУВЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(21) 6002700/26бретения: кристаллы облучают лазером с (22) 02.ОВЯ 1 .длиной волны луча, при которой они являют- (46) 30.04 ЯЗ. Бюл, % 16:ся огггически прозрачными. Плотность мощ- (76) В.ДХалинин и В.ВСипягинности излучения определяется из 56) Азаров В.В, и др. ЛазеРное упрочнение зависимости р: К 3, где 8 - максимонокристаллов Е - ООз, "Сб. научн, трудов мальный линейный размер кристаллов; К - ВНИИ монокристаллов сцинтилляц. мате-: козффициент пропорциональности, равный риалов и Особо чист. хим. веществ", 19%, . 2 6-4 2 и ВЫираемый из ограниченной ре- М 14, с.41 - 44, комендуемои Обдасти в зависимости от ливейн ого р взмерз кристаллов. При облучении происходит поглощение энергии (57) Использование; обработка сверхтвер- излучения в объеме кристаллов в зонах микдых кристаллических материалов. в частно-: родефектов. упрочнбние достигается в рести природных и синтетических алмазов и зультате отжига напряжений, прилегающих других абразивиых материалов, дня увели- к указанным зонам, 4 ил., 4 табл,чения обьемной. прочности, Сущность изооблучением лазера и последуютве нного охлаждения, облучение с максимальным линейным раз Я мм осуществляют с длиной которой Они являются оптически ми и плбтностью мОщнОсти излупульсе, определяемой из зависиристалловщего естесристалловмером О;2 -олны, п.рирозрачныения в имМОати,ый размер и лин пропорц -4,2 и в ного раз иченной иональности ыбираемый в мера кристал- следующими Предлагаемое изобретение относится к области обработки сверхтвердых кристал лических материалов, в частности, к упрочнению синтетических и природных алмазов, йли других абразивных материалов,Известен способ упрочнения кристаллов, заключающийся в воздействии на них лазерного излучения.Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключаетея в нахождении параметров режимов обработки, влияющих на обьемное упрочнение кристаллов размером 0,2-2,8 мм.Техническим результатом, получаемымпри осуществлении предлагаемого изобретения, является повышение объемной прочности кристаллических материалов,Указанный технический результат достигается тем, что. в способе упрочнения кристаллических материалов путем нагрева р=К .Ягде Я - максимальнкристаллов (мм);К - коэффициент(кВтммз), равный 2,5зависимости от линейлов из области, огранзначениями:5=02 К=40-4Я=0,2 К=2,5-2Я =2,6 К=2,5-2Указанная зависимость и значения параметров были экспериментально полученыдля кристаллов природных и искусственных), алмазов и других абразивных материалов ситового класса (Я = 0,2-2,8) иобеспечивают в совокупности с другими существенными признаками достижение указанного выше технического результата;На Фиг,1 - схематично показана установка для упррчнения кристаллическихматериалов, на которой может быть осуществлен данный способ; на фиг,2 - вид А нафиг.1; на фиг.З - разрез по Б-б на фиг,2; нафиг,4 - представлен график зависимости Кот 5,Установка для осуществления способасодержит лазер 1, лоток 2, установленныйна координатном столике 3, связанном смеханизмами 4 и 5 соответственно для продольного и поперечного перемещения лотка2, в жалобах 6 которого расположены обрабатываемые кристаллы 7.При обработке кристаллов 7 их распблагают в желобках 6 лотка 2 и нагреваютоблучением лазера 1, Механизмам 4 обеспечивают таксе йрбдольнсе йеремещеййелотка, чтобы на каждый кристалл-приходился один импульс лазера, После прохождения всего желобка 6 мьханизмом 5первмещают лоток 2 в поперечном направлении и производят облучении кристаллов вследующем. желобке,Поскольку обрабатываемь 1 е кристаллыоблучаются с длиной волны луча, при которой сйи являются оптически прозрачными,в процессе облучения не происходит поглощения энергии излучения в обьеме кристалла; а осуществляется поглощение энергий взонах, скрытйх и видимых микрадефектовкристалламикротрещийы; включения, пузырьки и т,д,), что и йривадйт к упрбчнениюкриСталлбв в результате быстрого обжигайапряжений в областях, прилегающих к указаннь 1 м микродефектам,Облучение осуществляют с плотностьюмощнбсти излучения В импульсе определяемой из зависимости;ом-КБВеличина коэффициента К изменяется в диапазоне 2,5 - 4,2 и его изменение обратно пропорцйональнс изменению линейного размера кристалла. Для малых размеров Я = 0,2, К=4,0-4,2, адля 8=2,0-2,8 и К=2.5 - 2,6.Следует Отметить, что если даже принять прямую линейную завйсимость 3 = 0,2 - -К=4,2; Я =2;8 - К= 2,6, для нахождения по известной величине, значений К и псдстановки их в экспериментальную зависимость, то полученная величина р обеспечит эффект упроцнения, но не максимальновозможный, В действительности же зависимость К- Я не является линейной, однако этоможно отнести к ноу-хау способа.Указанная зависимость плотностимощностй от линейного размера кристаллов облучения получена эксперименталь 10 йым путем, при этом установлено, что какпри превышении, так и ниже граничныхзначений плотности мощности излученияпроисходит разупрочнение кристаллов итехнический результат не достигаетсяСледует также отметить, что параметрЪ, как показали эксперименты, являетсяопределяющим, необходимым и достаточным для осуществления способа, поскольку, зная. величину ,Ъ легко, исходят из20 технических характеристик лазера, установить режим облучейия, варьируя либо дли. тельностью импульса х, либо величинойэнергии импульса Е.Технологическй проще и быстрееизменять велйчину эйергии импульса Е, крометого, очевидно, что наиболее предпочтительным является самый короткий импульс,т к, он обеспечиеает наибольшее Значениемощности имйульса при равных его энергиях,Пример%,Для обработки отобрана партия в 400кристаллов природных алмазов ХХ-а группыразмером 8 = 2,0 мм, Вся партия разбита на8 групп по 50 шт, в каждой, ПервоначальнооПределена средняя прочность алмазов. Остальные 7 група располагают в желобках 6лотка 2 коордйнаторного столика 3 для обработки лазером.40 9 качествейсточйеа импульсного йзлучейия использована установка "Квант",Устанавливаем длительность импульса 0,5 мси Фокальное. пятно йрямоугольной формыобщей площадью 38 м (10 х 3,8). Из экспе 45 риментальной зависимости устанавливаем,что для алмазов с:,размером 8 = 2,0 коэффи циент К=2,64. Поданным значениям Ки 5определяет величину плотности мощности50излучения:р= 2,642 =3,72 кВт/мм Придлительности импульса х = 0,5 мс55 плотность энергии излучения составляет;ре =ъх== 3,72 х 0,5 = 1;36 Джемм,Величина энергии ймпульса при площади Фокального йятна Г = 38 мм 2 составляет: Е= рему=1,86 х 38=7068 Дж,1813126 Таблица 1 абли Для получения такой энергии устанавливаем напряжение накачки, изменяем энергию импульса и производим облучение следующей группы алмазов в 50 шт. и после облучения определяем твердость этой группы, Результаты обработки этой партии алмазов представлены в табл,1,П ример Ь 2,По технологии, описанной в примере М 1, обрабатываем партию алмазов размером 5 = 1,0 мм. Для алмазов такого размера величина К = 3,1,При этой же длительности импульса Р= = 0,5 мс плотность мощностиизлучения составляет; фе =ЪХ = 3,1 х 0,5 = 1,55 Джемм При площади пятна излучения = 38 мм энергия излучения равна:Е= ое Р=1,55 х 38=589 Дж, Для получения такой энергии устанавливаем напряжение накачки О = 1860 В. 8 табл,2 приведены результаты обработки алмэзов. Как видно из таблицы, увеличение прочности составляет 130 + 2, В табл,3 приведены результаты обработки алмазов размером 8 = 05,В табл,4 приведены сводные результаты обработки алмазоо различного размера. В данной таблице прочность алмазов размером от 0,4 и менее определялась статическим нагружением, а прочность алмазов 0.5 и выше проверялась на динамические 5 нагрузки,Таким образом, данный способ позволяет повысить обьемную прочность кристаллов, а, следовательно, и свойства изготавливаемых с их использованием инс трументов.Формула изобретения Способ упрочнения кристаллов путемвоздействия на них импульсного лазерного облучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что 15 облучение кристаллов с линейным разме.- ром 0,2-2,8 мм осуществляют с длиной волны луча, при которой они являются оптически прозрачными, и плотностью мощности облучения в импульсе, определяемой 20 из завйсймости Ъ К 3где Б - линейный размер кристалла, мм;К - , коэффициент пропорциональности, кВт/мм, равный 2,5-4,2 и выбиоаемый в зависимости от линейного размера кристал. ла из области, ограниченной следующими значениями: 8 =0,2, К=4,0-4,2; Я,2, К,5-2,Б; 3 = 2,8, К = 2,6-2,5.о-издательский комбинат "Патент", г. Ужго ул.Гагарина, 101 Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/Б