RU1813126C - Способ упрочнени кристаллов - Google Patents

Abstract

Использование: обработка свер хтеер- дых кристаллических материалов, в частности природных и синтетических алмазов и д-ругах вн ых материалов, дл  увели- чени  объемной прочности. Сущность изо-: бретени : кристаллы облучают лазером с длиной но ны луча, при которой они  вл ютс  оптически прозрачными. Плотность мощ- ности излучени  оДредел етс  из зашеимоетй. К S , где S - максимальный линейный размер кристаллов: К - коэффициент пропорммстапьности, равный 2,5-4,2 и выбираемый #3 отраниченкой ре- шмендуёмой области в зависимости от линейного размера кристаллов.- .При облучении происходит гюглощение энергии излучени  в объеме кристаллов в зонах микродефектов . Упрочнение достигаетс  э результате отжига напр жений, прилегающих к указанным зонам. 4 ил., 4 табл. .

Description

Предлагаемое мзобретёйиё относитс  к области обработки сверхтвердых кристаллических материалов, в частности, к упрочнений синтетических и природных алмазов ,: или других абразивных материалов. / ; ; .Известен способ упрочнени  кристаллов , заключающийс  в воздействии на них лазерного излучени .

-Задача, на решение которой напра(5ле- но предлагаемое изобретение, заключаетс 

в нахождении параметров режимов обработки , вли ющих на обьемное упрочнение кристаллов размером 0,2-2,8 мм. . Техническим результатом, получаемым при осуществлении предлагаемого изобретени ,  вл етс  повышение объемной прочности кристаллических материалов.

Указанный технический результат достигаетс  тем, что. в способе упрочнени  кристаллических материалов путем нагрева

кристаллов облучением лазера и последующего естестве иного охлаждени , облучение кристаллов с максимальным л инейным размером 0,2-2,8 мм осуществл ют с длиной волны, при которой они  вл ютс  оптически прозрачными и плотностью мощности излучени м импульсе, определ емой из зависимости: ; . . .. :. . ;

: -У .

где S - максимальный линейный размер кристаллов (мм);

К - коэффициент пропорциональности {кВт/мм3), равный 2,5-4,2 и выбираемый в; зависимости от линейного размера кристаллов из области, ограниченной следующими значени ми:

3 0,2 К 4,0-4,2 . 3 0,2 К 2,5-2,6

3 2,6 К 2,5-2,6

СА

onV

ГчЭ

Указанна  Зависимость и значени  параметров были экспериментально получены дл  кристаллов (природных и искусственных ), алмазов и других абразивных материалов ситового класса (S 0,2-2,8) и обеспечивают в совокупности с другими существенными признаками достижение указанного выше технического результата.

На фиг,1 - схематично Показана установка дл  упрочнени  кристаллических материалов, на которой может быть осуществлён данный способ; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - разрез по Б-6 на фиг.2; на фиг.4 - представлен график зависимости К QfS...... / - . . . ..

Установка дл  осуществлени  способа содержит лазер 1, лоток 2, установленный на координатном столике 3, св занном с .механизмами 4 и 5 соответственно дл 1, про- дол ьного и поперечного перемещени лотка 2, в желобах 6 которого расположены обра- батываемыекристаллу. . .:;; --.

При обработке кристаллов Тих распй- лагшот ,в желобках 6 лотка 2. и нагревают облучением лазера 1 Механизмом 4 обёе пёчйэаюг jSKin:. тгродольное -перемещение лотка, чтобы на каждый-кристалл приходилс  один импульс лазера. После прохождений всего желобка 6 механизмом 5 перемещают лоток 2 в поперечном направлений и производ т облучение Кристаллов в следующем желобке. . :

.Поскольку обрабатываемые кристзлль облучаютс .с длиной во лны луча, при которой они Явл ютс  оптически прозрачными, в процессе облучени  не происходит поглощени энергии/излучений ; в объеме кристалла; . а осу щёотё л  ётс  hо rrt ощёнШ эн е р гай в зонах; tKfifefTbix л видимых .микродефёктое кристалла ( микротрёщины; включёни , пу- ЗЙр ьки и т.д.), что и приводит купрЬчйёнию кристаллов в результате быстрого 6;тжйга йапр жёний(;в област х, прилегающих kyxa- Занный 1иикродёфёкта г, ; . . ,;; / Облучение осуществл ют с плотностью мощности излучени  в импульсе определ емой из зависимости:

;-

jow-K

Ъ

10

.15

20

25

30

35

40

45

50

новки их в экспериментальную зависимость , то полученна  величина р обеспечит эффект упрочнени , но не максимально возможный, В действительности же зависимость К - S не  вл етс  линейной, однако это можно отнести к ноу-хау способа.

Указанна  зависимость плотности мощности от линейного размера кристал- лов: облучени  получена экспёрименталь- вьтм путем, при этом установлено, что как при превушении, так и ниже граничных значений плотности мощности излучени  происходит разупрочнение кристаллов и технический результат не достигаетс . .

Следует также отметить, что параметр /9w, как показали эксперименты,  вл етс  определ ющим, необходимым и достаточным дл  осущестелени-  способа, поскольку , зна , величину pw легко, исход т из технических характеристик л;азера, установить режим облучени , варьиру  либо длительностью Шпульса .т , либо величиной энергии ййпулъса 1.V - . ., ,.-.- : .

Технологически ftpou i и быстрее :измё- н ть величину/энергии импульса Е, кроме того, очевидыо, что наиболее предпочти- тел ьн ы м   вл ётсй сзмш короткий импульс, т.к. он обеспёчмеаетнаибо ьшее Значение мощности импульса при рабных его энерги х .- .:, - .:.;: -.:,:-.. ., :- . -/.: :.- . , ..

П ример № t. . .

Дл  обработки отобрана парти  в 400 кристаллов природных алмазов ХХ-а группы размером S-2,0 мм, 0с  парти  разбита на 8: групп по; 50 Ш, в.каждой, Первоначально

определена с.р вдн.   .прочность алмазов. Остальные 7 групп- располагают в желобках б лотка 2 ко о рдйнаторйого столика 3 дл  об- работ(ш азёро;м/: ;v ./:: V . ...-.-i;:, ,.;; 0 качёствейс очникаййпу ьсногойзлу- чёйи  исполцевана установка Квант-43. Устанавливаем длительность импульса 0,5 мс и фокальное п Ґно Пр моугольной, формы общей площадью 38 м2 (10x3,8). Из экспе- рймёнтал/ьной зависимости устанавливаем, что дл  айМаз.бв с .размером S 2,0 коэффициент К 2,64. По дайным значени м Ки$ определ ет величину плотности мощности излучени ;/:

Величина коэффициента К измен етс  в диапазоне 2,5-4,2 и его изменение обратно пропорционально изменению линейного размера «фисталла. Дл  малых размеров S 0,2, ,0-4,2, а дл  5 2.0-2,8 и К 2,5-2,6.

Следует OtMetHTb, что если даже прин ть пр мую линейную эавйсимасть S 0,2 - ,2; S 2,8 - К 2,6, дл  нахождени  по известной величине, значений К и ПОДСТЙР

/Л 2,64 ;.

3,72 кВт/мм2.

При длительности импульса г 0,5 мс плотность энергии излучени  составл ет:

; -fa ..- .

3,72 х 0,5 11ёбДж/мм2.

Величина энергии импульса при площади фокального п тна Я 38 мм2 составл ет: Ё ре Р 1,86 х 38 70,68 Дж.

Дл  получени  такой энергии устанавливаем напр жение накачки, измен ем энергию импульса и производим облучение следующей группы алмазов в 50 шт, и после облучени  определ ем твердость этой труп- пы. Результаты обработки этой партии алмазов представлены в табл. 1...

П ри мер №2. .

По технологии, описанной в примере № 1, обрабатываем партию алмазов разме- ром S 1,0 мм. Дл  алмазов такого мера величина К 3,1:

При этой же длительности импульса F 0,5 мс плотность мощности излучени  составл ет:/ . : :

РЕ -pw - 3,1 х 0,5 1,55 Дж/мм2.

При площади п тна излучени  38 мм2 энерги  излучени  равна:;

Е рЕР 1155х38 58,9Дж. . Дл  получени  такой энергии устанавливаем напр жение накачки U I860 В. В табл,2 приведены результаты обработки алмазов . Как видно из таблицы, увеличение прочности составл ет 130 ±2%. В табл.3 . приведены результаты обработки алмазов размером S 0.5. - .: ;: :;/ V : . :

В табл.4 приведены сводные результаты обработки алмазов различного размера.

В данной таблице прочность, алмазов размером от 0,4 и менее определ лась статическим нагруженном, а прочность алмазов 0.5 и выше провер лась на динамические нагрузки.

Таким образом, данный способ позвол ет повысить объемную прочность кристаллов , а, следовательно, и свойства изготавливаемых с их использованием инструментов .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ упрочнени  кристаллов путе м воздействи  на них импульсного лазерного облучени , отличающийс  тем, что облучений кристаллов с линейным размером 0,2-2,8 мм осуществл ют с длиной вол- «ы луча, при которой они  вл ютс  оптически призрачными, и плотностью мощности облучени  в импульсе, определ емой из зависимости.

   р« К

   где S - линейный размер кристалла, мм;

   К - коэффициент пропорциональности, кВт/мм , равный 2,5-4,2 и выбираемый в зависимости от линейного размера кристалла из области, ограниченной следующими значени ми: S 6,2, К 4,0-4,2; S 0,2, К 2,5-2,6; 3 2.8, К 2.6-2.5.

   ..;, :.. , .. : ;. (../... Т а б л и ц а 1

   Таблица 2

   Таблица 3

   Таблиц а 4

   : НЗИРЭШ-

   ЛвНЕЯ ДВИшиш лотка , - .. -,,-. :

   Ж

   /

   Лазе|шов иайучшие.

   c:K -;-Sf

   а

   б

   ;;-;,фйГ,.;Й-;

   Ґ-Г: : : -:

   ГЈгАч ОД 4р $. $ 4$ Ф ty %

   Фй. 4