Понятие материального производства 3 страница

Плоские односторонние ЛИМ используются для канального и

бесканального МГД - перемешивания расплавов в печах и миксерах.

6. НАНОТЕХНОЛОГИЯ

В последние годы исследование субмикронных, нано- и кластерных

материалов получило быстрое развитие благодаря существующим и/или

потенциальным применениям во многих технологических областях, таких

как электроника, катализ, магнитное сохранение данных, структурные

компоненты и т.п.

Субмикронные и нанокристаллические металлические и керамические материалы в настоящее время широко применяются в качестве конструкционных элементов и функциональных слоев в современных микро-

электронных устройствах, деталях авиакосмической техники, в качестве

твердых износостойких покрытий обрабатывающей промышленности.

Чтобы удовлетворить технологические требования в указанных областях, размер структурных элементов необходимо уменьшить до субмикронного или нанометрового масштаба. При уменьшении размера структурного элемента до нанометрового диапазона материалы демонстрируют отличные от массивного новые физико-механические свойства. Изучение наноразмерных структур (наноструктур) относится к направлению нанотехнологии. Важными составляющими этого научно-технического направления являются разработка и изучение наноструктурных материалов (далее – наноматериалов), исследование свойств полученных наноструктур в различных условиях. По размерной шкале материалы, имеющие размер зерна от ~ 0,3 до 0,04 мкм, относятся к субмикрокристаллическим [1 – 18].

Материалы, состоящие из структурных единиц меньших, чем указаны выше, относятся к наноматериалам.

Под наноматериалами (нанокристаллическими, нанокомпозитными,

нанофазными и т.д.) принято понимать материалы, структурные элементы

(зерна, кристаллиты, волокна, слои, поры) которых не превышают нанотехнологической границы – 100 нм (1 нм = 10–9 м), по крайней мере, в

одном пространственном направлении. Сами наноматериалы по размерам структурных единиц и числу атомов в них условно делятся на нанокластеры и нанокристаллы.

Если говорить о наноматериалах, то принято выделять несколько основных разновидностей (рис. 1).

НАНОМАТЕРИАЛЫ

Наноизделия характерный размер не более 100нм

Массивные наноматериалы характерный размер более 1…2 мм

Микроизделияхарактерный размер не более 1…2 мм

Композиты с компонентами из наноматериалов

- нанопорошки - нанопроволоки - нановолокна - тонкие плёнки - нанотрубки

Однофазные (микроструктурно однофазные

Многофазные (микроструктурно неоднофазные  

- проволоки - ленты - фольги

- стёкла - гели - пересыщенные твёрдые растворы

- сложные сплавы и керамики

С наноизделиями

Со сложным сочетанием компонентов

С микроизделиями

- с наночастицами - с нановолокнами - с ионно модифицированной поверхностью

- с наноструктурными волокнами и/или частицами с наноструктурными покрытиями или слоями

Рис.1 Классификация наноматериалов

Основные методы получения наноматериалов

Методы порошковой металлургии

Методы с использованием аморфизации

Комплексные методы

Методы интенсивной пластической деформаци

Поверхностные технологии

Рис. 4.1. Основные методы получения наноматериалов

Рис. 4.2. Основные из используемых в настоящее время методов получения нанопоршков

Данные методы получения нанопорошков в настоящее время используются наиболее широко. Это связано с тем, что технологии испарения вещества с помощью различных высокоинтенсивных источников энергии и последующего осаждения его из паровой фазы являются достаточно отработанными, легко контролируются и обеспечивают высокие требования по чистоте получаемого нанопорошка, особенно при использовании камер с контролируемой атмосферой. В последнем случае чаще всего используются вакуумные камеры или камеры заполненные инертными газами – гелием или аргоном, ксеноном. При испарении металлов в вакууме или инертном газе атомы металла перешедшего в газовую фазу (пар) стремятся к объединению в частицы порядка нескольких нанометров, которые затем осаждаются на охлаждаемую подложку. Данная группа методов позволяет получать сложно легированные порошки, причем сплавы заданного состава можно получать как испарением предварительно легированного материала, так и одновременным испарением отдельных компонентов. Размер частиц получаемых порошков в зависимости от разновидности метода и технологических параметров может составлять от 5 до 100 нм.

В зависимости от вида процесса испарения можно выделить следующие разновидности методов.

Термическое испарение. При данном методе проводят нагрев

испаряемого вещества в тигле. В настоящее время используются разные способы нагрева, как правило, с использованием высокоинтенсивных источников энергии: высокочастотный индукционный, электронно-лучевой, электродуговой, плазменный, лазерный. Типичная принципиальная схема получения нанопорошка этим методом показана на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Принципиальная схема получения нанопорошка методом термического испарения и конденсации материала из паровой фазы.

Получаемые этим методом порошки имеют сферическую или ограненную форму и могут быть, как металлическими, так и представлять собой интерметаллиды или другие соединения. Так по данным термическим испарением массивных оксидов электронным пучком в инертной атмосфере получали порошки аморфных Al2O3 и SiO2 и кристаллического Y2O3.

Преимуществом метода является получение чистых порошков с узким распределением частиц по размерам, а недостатком – низкая

Рис. 4.5. Схема получения порошка из проволоки взрывным испарением: 1 – зарядный контур, 2 – разрядный контур, 3 – взрывающаяся проволока, 4 – камера с инертным газом

производительность процесса. Данный недостаток является временным и обусловлен не самой технологией процесса, а отсутствием крупных установок для производства нанопорошков в промышленных масштабах.

Взрывное испарение. Данный метод в настоящее время быстро

развивается. Он основан на выделении очень большого количества энергии

за малый промежуток времени. При этом материал испаряется, и затем за счет быстрого увеличения объема охлаждается с конденсацией паров в частицы малого размера. В ряде случаев часть материала может не успеть испариться, расплавляется и взрывным образом разделяется на жидкие капли. Дополнительным фактором, содействующим распылению может являться выделение растворенных в исходном материале газов.

Для подвода необходимого количества энергии используются мощный импульс электрического тока, дуговой разряд или импульс лазерного излучения. Наибольшее распространение получил вариант подобной технологии при котором используют взрыв проволоки диаметром 0,1-1 мм под действием импульса тока длительностью 10-5-10-6 с, напряжением 10-15 кВ и плотностью тока 104-106 А/мм2. Схема получения порошка из проволоки взрывным испарением приведена на рис. 4.5. В данном случае разряд тока создается конденсатором. Управление размером и структурой частиц происходит в основном за счет изменения плотности и скорости подводимой энергии. Метод позволяет изготавливать порошки высокой чистоты сферической формы с размерами частиц до 5-10 нм, в том числе из металлов с высокой температурой плавления и большой химической активностью. Имеются также данные по получению подобным методом из обычных керамических порошков нанопорошков Al2O3 и TiO2. Недостатками метода являются: значительный расход энергии и, как следствие, относительная дороговизна получаемых нанопорошков и трудность удаления частиц микронного диапазона размеров, которые возникают из капель расплава.

Испарение в потоке инертного газа (левитационно-струйный метод).

При данном методе испарение металла проводится в потоке инертного газа, например из капли расплава на конце проволоки, разогреваемой высокочастотным магнитным полем. Схема установки для получения нанопорошков испарением в потоке инертного газа показана на рис. 4.6.

Размер получающихся частиц зависит от скорости потока газа – с увеличением скорости он может уменьшаться с 500 до 10 нм с одновременным уменьшением разброса частиц по размерам.

Рассматриваемым методом получаю, в частности, нанопорошки Mn и Sb. Последний порошок вследствие большой скорости закалки в струе газа был аморфным. Имеется вариант рассматриваемого метода, называемый методом криогенного плавления. Он заключается в том, что плавление проволоки проводят в жидкости с очень низкой температурой, например в жидком азоте.

Данная группа методов основана на быстром распылении и охлаждении

расплава исходного материала. Эта технология позволяет получить порошки размером не меньше 100 нм. Вместе с тем, получаемые порошки с размером

Рис. 4.6. Схема установки для получения нанопорошков испарением в потоке инертного газа

частиц 0,5-10 мкм имеют нанокристаллическую (а в ряде случаев и аморфную) структуру и, следовательно, могут также быть

отнесены к наноматериалам, а технология их получения – к нанотехнологиям. Процессы получения порошка можно вести в защитной атмосфере.

Технологии обработки поверхности материалов к настоящему времени представляют собой одну из наиболее развивающихся областей науки о материалах. Методы, связанные с созданием на поверхности материалов, особенно металлических, модифицированных слоев, достаточно изучены, отработаны и широко применяются на практике. Многие из таких методов или их усовершенствованных вариантов могут рассматриваться как методы нанотехнологии, так как позволяют создавать наноразмерные и/или наноструктурные слои на поверхности материалов, композиционные материалы с нанокомпонентами, а в ряде случаев и наноматериалы в виде нано и микроизделий.

Примерная классификационная схема наноориентированных технологий обработки поверхности показана на рис. 4.16.

Рис. 4.16. Примерная классификационная схема наноориентированных технологий обработки поверхности.

Методы физического осаждения из паровой фазы

Данная группа методов часто обозначается английской абревеатурой PVD (Physical Vapour Deposition). Эта группа методов объединена общей схемой нанесения покрытия и использованием вакуума. (рис. 4.17). Сначала материал для покрытия переводится из конденсированного состояния в состояние пара, затем проводится его транспортировка к подложке (материалу на который наносится покрытие), где происходит осаждение материала покрытия из паровой фазы и формирование покрытия.

Использование вакуума облегчает перевод материала в паровую фазу.

Рис.4.17. Типичная схема установки для нанесения покрытия PVD-методом: 1- материал для покрытия, 2- система перевода материала в паровую фазу, 3- поток испарившегося вещества, 4- подложка, 5- формирующееся покрытие, 6- система транспортировки материала покрытия в паровой фазе к подложке, 7- система фокусировки (и/или сканирования) потока вещества, осаждающегося на подложку, 8- система закрепления подложки и ее контролируемого перемещения, 9- система регулирования температуры нагрева подложки, 10- система управления и контроля технологическими параметрами (температура подложки, скорость перевода материала в паровую фазу, давление в камере, скорость осаждения покрытия, толщина покрытия и др.), 11- вакуумная камера, 12- система создания и поддержания высокого вакуума (система вакуумных задвижек, форвакуумных и высоковакуумных насосов, азотная ловушка и др.), 13- шлюзовая камера и система подачи и смены подложек, 14- смотровые контрольные окна, 15- система охлаждения.

Термическое испарение.

Процесс термического испарения осуществляют в вакууме при давлении порядка 10^-3-10^-5 Па (10^-5-10^-7 мм.рт.ст.). При таком давлении длина свободного пробега атомов или молекул составляет порядка нескольких метров. Полученная в результате нагрева паровая фаза напыляемого вещества свободно осаждается на подложку, имеющую

Рис. 4.18. Некоторые варианты метода термического испарения: а)

испаритель из металлического листа с защитным покрытием, б)

металлический испаритель в виде лодочки, в) керамический тигель с

внешним нагревательным элементом, г) испарение лазерным или

электронным лучом.

температуру намного ниже, чем температура паровой фазы. В зависимости от источника нагрева получили распространение следующие варианты метода: электротермический нагрев (прямое пропускание электрического тока или нагрев в тигле), нагрев в индукторе, испарение за счет электродугового разряда, нагрев электронным или лазерным лучом (рис. 4.18). Большинство из этих методов рассчитано на испарение металлических материалов. Нагрев в тигле и использование лазерного излучения позволяют испарять широкую гамму материалов. При этом первый метод может использоваться для испарения материалов с относительно невысокой температурой испарения, которая определяется температурной и химической стойкостью материала тигля. Так тигли из графита обеспечивают температуру процесса до 1400°С, из Al₂O₃ – до 1600°C, из BN+TiB₂ – до 1750°C, из фольги Мо иТа с защитным покрытием – до 1850°С, из ThO₂ и ZrO₂ - до 2100 оС [100].

Важным условием выбора материала для тигля является отсутствие химического взаимодействия между ним и испаряемым веществом при высоких температурах. Для обеспечения лучших условий испарения и преодоления ряда других недостатков испарения из тиглей используется электронно-лучевое испарение. В этом случае электропроводящий испаряемый материал помещают в водоохлаждаемый тигель и нагревается электронным лучом при ускоряющем напряжении луча 2-10 кВ и тока порядка 0,1 А. Пятно фокусировки электронного луча на поверхности испаряемого материала может составлять до 1 мм, поэтому зона расплавления будет меньше всего объема материала и, следовательно, не будет контактировать с тиглем. Недостатком электронно-лучевого испарения, как и испарения из тиглей, является сложность испарения материала, состоящего из компонент с разными упругостями паров при одной и той же температуре, что вызывает проблематичность получения покрытия с заданным химическим составом.

Использование лазерного излучения (импульсного или непрерывного) позволяет избежать большинства температурных и химических ограничений и устраняет потребность в тиглях. Практически мгновенное испарение вещества позволяет сохранить соотношение химических компонентов в осаждаемой пленке таким же как и испаряемого материала. До недавнего времени применение лазерного излучения в этих целях сдерживалось высокой стоимостью мощных импульсных и непрерывных лазеров и сложностью юстировки оптических систем для транспортировки, фокусировки и наведения лазерных лучей.

Использование вакуума приводит к тому, что в ряде случаев температура, при которой достигается интенсивная скорость испарения, обеспечивающая желаемую производительность процесса, получается ниже температуры плавления испаряемого вещества. Для оценки рабочих температур нагрева обычно используют температуру, обеспечивающую значение установившегося давления паров испаряемого материала не ниже 1 Па (10^-2 мм.рт.ст.). Для большинства материалов рабочие температуры испарения находятся в пределах 1100…2600°С. Скорость осаждения покрытий может составлять от нескольких ангстрем до нескольких микрон в секунду (например, для W – до 5 мкм/с, для Al – до 40 мкм/с). Для улучшения адгезии или для создания определенной структуры осаждающегося покрытия в ряде случаев применяется подогрев подложки. Для создания покрытия из сплавов и соединений, как правило, проводят испарение каждой компоненты из отдельного источника. Это связано с тем, что при испарении сложного вещества его компоненты могут иметь сильно различающиеся значения давления паров. В этом случае состав паровой фазы, а следовательно, и состав покрытия будет отличаться от состава испаряемого вещества. Кроме того, испарение соединений часто сопровождается процессами диссоциации и/или ассоциации, что также препятствует получению заданного состава покрытия. Непосредственное испарение соединения используется только в случае одинаковой летучести компонентов и перехода вещества в паровую фазу в виде неразложенных молекул.

К достоинствам метода термического испарения относится относительная простота оборудования и контроля процесса, а к недостаткам – низкая адгезия покрытия вследствие малой энергии осаждающихся на подложку атомов или молекул и высокая чувствительность к наличию на поверхности подложки посторонних пленок и загрязнений. Влияние этих недостатков можно несколько снизить за счет использования специальных методов подготовки поверхности (ультразвуковая очистка поверхности, химическая или электро-химическая очистка и/или травление, ионное травление).

Метод термического испарения достаточно широко используется при производстве жестких магнитных дисков для компьютеров. Подложкой служит алюминиевый диск с высотой микронеровностей на поверхности.

Метод термического испарения достаточно широко используется при производстве жестких магнитных дисков для компьютеров. Подложкой служит алюминиевый диск с высотой микронеровностей на поверхности менее 20 нм с нанесенным аморфным никель-фосфорным подслоем толщиной порядка 20 мкм (для улучшения адгезиии и компенсации различий коэффициентов термического расширения подложки и покрытия). Сначала напыляется промежуточный металлический слой, например Ni-Fe, толщиной 00-1000 нм, а уже затем основной слой из магнитного материала, например сплава на основе Co или Co-Cr, толщиной 100-500 нм. Поверх всего покрытия наносится износостойкий защитный углеродный слой толщиной 30-50 нм. Также термическое напыление используют и при производстве CD-дисков. На диск из пластмассы наносят алюминиевое основное покрытий с толщиной нанометрового диапазона. В обоих случаях для обеспечения высокой чистоты материалов давление в вакуумной камере составляет менее 10^-5 Па.

Такие материалы для электронно-оптической техники и для создания регулярных наноструктур, в том числе двумерных фотонных кристаллов, как фуллереновые и композитные фуллереноосновные пленки также получают рассматриваемым методом. Например, пленки С₆₀-CdTe толщиной 200 - 600 нм на подложках GaAs выращивают путём испарения микста заданного состава в вакууме при давлении 10^-4 Па и температуре подогрева подложки около 160°С.

В самые последние годы активно ведутся прикладные исследования по получению тонких покрытий и слоистых композитов на их основе с использованием для испарения материалов излучения импульсного лазера с очень коротким временем импульса (вплоть до фемтосекундного диапазона).

Такой метод в литературе часто обозначают как PLD (pulsed laser deposition). Например, так получают пленки Y₂O₃-ZrO₂ на кремнии для электроники, слоистые композиты, состоящие из покрытия Sm–Fe толщиной 20 нм, подслоя Та толщиной 100 нм и кремниевой подложки, магнитные пленки Ni со средним размером кристаллитов 40 нм.

Ионно-лучевые методы

Данная группа методов получила развитие относительно недавно основана на использовании концентрированных поток ионов. Ионно-лучевая технология с полным правом относится к так называемым «высоким технологиям» и является результатом междисциплинарного подхода к достижениям различных отраслей науки и техники.

Ионно-лучевое распыление фактически представляет собой значительно усовершенствованный вариант методов катодного и магнетронного распыления. Главное отличие метода в том, что ионы инертного газа подаются к распыляемому материалу (мишени) из отдельно расположенного независимого ионного источника в виде концентрированного потока с энергией 1-10 кэВ (рис. 4.23). Процесс ведут в вакууме 10^-3…10^-2 Па. Поскольку образование ионного луча не связано с распыляемым материалом, то возможно реализация распыления как металлических, так и диэлектрических материалов (при использовании устройства, компенсирующего накопление положительного потенциала на поверхности мишени). Распыляемый ионами материал мишени может также ионизироваться и дополнительно ускоряться при приложении к подложке дополнительного потенциала смещения. Концентрация плазмы разряда внутри источника ионов позволяет избежать сильного разогрева материала подложки. Недостатком методом ионно-лучевого распыления является сложность точного соблюдения химического состава осаждаемого покрытия. Это связано с тем, что при столкновении ионов с поверхностью мишени, в ней протекает целый комплекс сложны х

Рис. 4.23. Схема ионно-лучевого распыления: 1- вакуумная камера, 2- держатель подложки, 3- подложка, 4- концентрированный поток ионов, 5-распыляемый материал, 6- держатель мишени, 7- ионно-лучевой источник, 8- магнитная система концентрации плазмы тлеющего разряда, 9- устройство фокусировки ионного луча, 10- зона концентрации плазмы тлеющего разряда, 11- поток частиц осаждающегося на подложку материала.

процессов (в т.ч. преимущественное распыление, перемешивание, радиационно-стимулированные диффузия и сегрегация, адсорбция Гиббса), которые могут изменять химический состав

верхнего слоя мишени и напыляемого материала. Метод ионно-лучевого распыления нашел применение, в частности, для получения многослойных слоистых структур для наноэлектроники с толщиной слоев 1-10 нм.

Ионное плакирование (осаждение)

Этот метод представляет собой дальнейшее развитие метода термического напыления. Часть паровой фазы материала, получаемая с помощью термического испарения, ионизируются и переходят в состояние плазмы за счет возбуждения между испарителем и подложкой (покрываемым

Рис. 4.24. Схема метода ионного плакирования 1- вакуумная камера, 2- держатель подложки - катод, 3- подложка, 4- зона плазмы тлеющего разряда, 5- испаряемый материал, 6- испаритель - анод, 7- лазер и устройства фокусировки и управления лазерным лучом, 8- лазерное излучение, 9-прозрачное для лазерного излучения окно.

изделием) тлеющего разряда (рис. 4.24). Заряженные частицы под действием электромагнитного поля ускоряются и с достаточно высокой энергией (обычно 0,5-1,2 кэВ) подлетают к подложке. В результате между частицами материала и подложкой создается более прочное

соединение, а формирующееся покрытие обладает хорошей адгезией и высокой плотностью.

Процесс ведут при остаточном давлении 0,1-1 Па, что обеспечивает сохранение скорости подлета к подложке ионизируемых частиц при возможном их переходе в неионизируемое состояние. К достоинствам метода относятся также сравнительно низкая температура нагрева подложки и простота реализации. Однако эффект рассеяния и одновременное осаждение ионизированных и неионизированных частиц не всегда позволяют обеспечить хорошую равномерность и однородность покрытий.

Подложка должна быть электропроводной. Для испарения материала может применяться любой метод термического испарения, однако наиболее перспективным обычно считается использование лазерного излучения. В последнем случае достаточно легко можно реализовать получение покрытий состоящих из нескольких нанослоев различных материалов.

Ионная имплантация

Метод основан на внедрении ионов высоких энергий в поверхность материала. Процесс проводят в вакууме порядка 10^-4…10^-3 Па с помощью ионно-лучевых ускорителей (имплантеров). Эти установки (рис. 4.25) включают один или несколько ионных источников, в которых происходит перевод материала в ионизированное состояние плазмы. Имплантируемые ионы могут создаваться электродуговым методом,

Рис. 4.25. Схема метода ионной имплантации: 1- источники ионов, 2- поток ионов, 3- систему анализа и сепарации ионов, 4- система фокусировки, 5-ускоритель ионов, 6- система стабилизации и сканирования ионного луча, 7-ионный луч, 8- вакуумная камера, 9- модифицируемый материал, 10-держатель модифицируемого материала (образцов).

методами термического испарения (в том числе лазерного испарения), совмещенными с тлеющим разрядом и т.п. Образовавшиеся ионы поступают в систему анализа и сепарации, где от основного пучка отделяются ионы нежелательных примесей. После сепарации пучок ионов с помощью фокусирующих линз концентрируется в луч, который попадает в ускоритель, где ионы разгоняются до высоких энергий в электрическом поле. Для дальнейшей стабилизации ионного луча и осуществления его сканирования служит система электрических линз и отклоняющих пластин.

Попадая на модифицируемый материал ионы внедряются в него на глубину 5-500 нм в зависимости от их энергии. Условно выделяют низкоэнергетическую ионную имплантацию с энергией ионов 2-10 кэВ и высокоэнергетическую имплантацию с энергией ионов 10-400 кэВ. В зависимости от конструкции имплантера диаметр пятна ионного луча на поверхности обрабатываемого материала может составлять от 10 до 200 мм, а значение среднего ионного тока 1-20 мА. Величина дозы ионного облучения обычно составляет 1014-1018 см^-2.

При взаимодействии бомбардирующих ионов с поверхностными слоями модифицируемого материала протекает целый комплекс сложных процессов. Кроме собственно имплантации (проникновения) ионов в поверхность материала протекают, в частности такие процессы, как: распыление поверхности, развитие каскадов столкновений, каскадное (баллистическое) перемешивание атомов материала в поверхностном слое, радиационно-стимулированная диффузия, образование метастабильных фаз, радиационно-стимулированная сегрегация (перераспределение атомов материала в поверхностном слое), преимущественное распыление, адсорбция Гиббса (изменение состава поверхности за счет уменьшения свободной энергии), разогрев и др. Соотношение между этими процессами зависит от типа имплантируемых ионов, модифицируемого материала и технологического режима обработки.

Основными достоинствами ионной имплантации как метода создания модифицированных поверхностных нанослоев являются: возможность получать практически любые сочетания материалов в поверхностном нанослое, независимость от пределов растворимости компонентов в твердой фазе (т.е. можно получать такие сплавы, которые невозможны в обычных условиях из-за термодинамических ограничений), низкие температуры модифицируемого материала и отсутствие заметных изменений размеров, структуры и свойств основного материала, нет явной границы раздела, отсутствие проблемы адгезии, контролируемость глубины обработки, хорошая воспроизводимость и стабильность процесса, высокая чистота процесса в вакууме, возможность за счет высокоточного сканирования ионного луча по обрабатываемой поверхности создавать сложные поверхностные наноструктуры, возможность одновременной или последовательной имплантации ионов различных материалов.

К недостаткам метода относятся: возможность обработки поверхностей материалов только в зоне прямого действия ионного луча, малая лубина проникновения ионов в материал (особенно при низких энергиях), протекание процессов распыления поверхности, высокая стоимость и сложность оборудования и обработки, сложность, недостаточная изученность и трудность контролирования всего комплекса протекающих при ионной имплантации процессов.

Лазерная группа методов

Наноструктурное состояние при данных методах достигается в тонких поверхностных слоях металлических материалов или изделий, полученных по традиционным технологиям, путем взаимодействия вещества с лазерным излучением высокой плотности. Используется импульсное лазерное излучение с плотностью энергии 103…1010 Вт/см² и временем импульса 10^-2…10^-9 с. В ряде случаев применяется и непрерывное излучение СО₂-лазеров с плотностью энергии 105…107 Вт/см² со скоростями сканирования луча, обеспечивающими время взаимодействия материала с излучением 10^-3…10^-8 с. Под действием лазерного облучения поверхностный слой материала толщиной 0,1…100 мкм очень быстро расплавляется и затем затвердевает со скоростями охлаждения 104…108 К/с. При этом сновная масса металлического материала вследствие кратковременности термического воздействия не нагревается и обеспечивает высокие скорости теплоотвода. Высокие скорости охлаждения позволяют достигать получения нанокристаллической или даже аморфной структуры. В последнем лучае нанокристаллическое состояние получают с помощью проведения дополнительной контролируемой кристаллизации при термообработке.

Дата добавления: 2014-10-22