ФОРМИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНЫХ ЯЧЕЕК ГЕКСАГОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО α-ALO ЛАЗЕРНЫМ ЛУЧОМ Каранский В.В.,Саврук Е.В.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники


Номер: 3-4
Год: 2016
Страницы: 5-7
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

алюмооксидная керамика, лазерный луч, квазипериодические наноструктуры, aluminum oxide ceramic, a laser beam, quasi-periodic nanostructures

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В работе представлен способ получения конвективных ячеек гексагональной структуры на поверхности поликристаллического α-AlO лазерным лучом. Продемонстрированы фотографии квазипериодических наноструктур роликовых образований.

Текст научной статьи

Введение Создание квазипериодических наноразмерных структур на сегодняшний день находит широкое применение в оптоэлектронике. Способов получения и формирования структур данного типа довольно-таки много, но одним из самых перспективных способов является лазерная обработка поверхности керамических материалов. Одним из таких материалов является поликристаллический α-Al2O3. Лазерная обработка поверхности поликристаллической керамики на основе α-Al2O3 дала широкие возможности управлять ее свойствами, структурой и составом [1, 33]. Для того чтобы получить квазипериодические наноразмерные структуры, необходимо, чтобы материал обрабатывался лазерным излучением с пространственно-периодическим распределением интенсивности [2, 81]. Для получения данного распределения интенсивности необходимо, чтобы на поверхности капиллярных волн наблюдалась дифракция лазерного излучения. Капиллярные волны получаются при расплаве обрабатываемого материала лазерным лучом. Перемещение лазерного луча должно осуществляться с постоянной скоростью. Таким образом, целью данного исследования является получение квазипериодических наноразмерных структур роликовых образований на поверхности поликристаллического α-Al2O3, за счет обработки поверхности лазерным лучом. Эксперимент В качестве исследуемого материала использовалась алюмооксидная керамика ВК-94-1. Образцы были изготовлены в виде подложек и имели прямоугольную форму толщиной 1 мм и размерами 24×30 мм. Обработка поверхности подложек осуществлялась с помощью установки лазерного скрайбирования (ЭМ-220), со средней мощностью излучения не менее 16 Вт. Плотность мощности на поверхности достигала значения 4·106 Вт/см2. Образец перемещался под лучом при помощи линейного шагового двигателя типа LP. Образец закреплялся на подвижном индукторе линейного шагового двигателя в фокусе объектива с помощью вакуумной присоски. Столик обеспечивал перемещение образца со скоростью 0,1-80 см/с. В данном эксперименте скорость перемещения образца составляла 10 см/с. В связи с тем, что частота дискретного перемещения образца при помощи линейного шагового двигателя составляла 30 кГц, то время нахождения луча в конкретной точке образца составляло 0,03 мс. При данных параметрах и мощности лазерного излучения в приповерхностном слое возникала зона расплава шириной 50-80 мкм и глубиной до 50 мкм. Результаты работы Как было сказано выше, для того, чтобы получить капиллярные волны, необходимо расплавить поверхность исследуемого образца. На рис. 1 представлен вид расплавленной поверхности образца после ее затвердения. Данный вид поверхности был получен с помощью сканирующего электронного микроскопа HITACHI ТМ-1000, с разрешением 30 нм. Рисунок 1 - Вид поверхности расплава после затвердения Из рис. 1 видно, что после затвердевания поверхности расплава образовался волнообразный рельеф. Из рис. 1 следует, что образовавшиеся капиллярные волны имеют длину волны 0,8-1,2 мкм. Длина волны образовавшихся волн имеет порядок длины волны лазерного излучения. Что говорит о том, что распределение интенсивности лазерного излучения носит пространственно-периодический характер. На рис. 2 приведены результаты исследования текстуры расплавленной поверхности, после ее затвердения. Данные исследования были проведены при помощи сканирующего электронного микроскопа RAITH 150TWO с разрешающейся способностью 1,5-5 нм. Рисунок 2 - Вид поверхности расплава в твердом состоянии Из рис. 2 видно, что одновременно с образованием капиллярных волн происходит образование квазипериодических ячеек гексагональной структуры с размерами 200-500 нм. Выводы 1. Создание на поверхности расплава квазипериодического волнообразного рельефа приводит к тому, что появляются необходимые условия для формирования конвективных ячеек гексагональной структуры. 2. Образовавшиеся капиллярные волны имеют длину волны порядка длины волны лазерного излучения - 0,8-1,2 мкм. 3. Образовавшиеся конвективные ячейки гексагональной формы имеют размер 200-500 нм. Конвективные ячейки гексагональной формы ориентированы относительно направления движения капиллярных волн. 4. Ориентация и формы конвективных ячеек, связана не только с направлением движения капиллярных волн, но и с кристаллографической ориентацией отдельных зерен образца.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.