Структурно-концентраційні зміни в тонкоплівковій системі Cr/Cu/ni при лазерній обробці - Автореферат

Однак, поряд з очевидними перевагами використання лазерного опромінення, такий потужній вид обробки матеріалів може супроводжуватися низкою небажаних наслідків: інтенсивним розвитком дифузійних процесів та зміною параметрів мікроприладів. Отже, враховуючи, що вивчення закономірностей утворення фізичної, хімічної та структурної неоднорідності будови матеріалів, змін структури металів та сплавів під дією потоків частинок або енергії високої густини, механізмів та кінетики фазових перетворень при термічній та комбінованій обробках металів і сплавів є визначеними завданнями металознавства та термічної обробки металів як галузі науки, можна стверджувати, що дослідження закономірностей дифузійних процесів у багатошарових металевих плівкових системах при лазерній обробці є актуальним завданням як з наукової, так і з практичної точок зору. Мета роботи полягає у встановленні закономірностей формування структурно-концентраційних неоднорідностей та дифузійного масопереносу компонентів в тонкоплівковій системі Cr/Cu/Ni при термічній обробці імпульсно-періодичним лазерним опроміненням в широкому інтервалі значень енергії імпульсів, кількості діючих імпульсів та тривалості обробки. Для досягнення мети роботи були поставлені наступні наукові завдання дослідження: - Моделювання та визначення градієнтних характеристик термічної обробки лазерним опроміненням в широкому інтервалі енергій імпульсів (0,05?0,256 Дж), кількості діючих імпульсів (1?2160) та тривалості імпульсів (2,03?3,87 мс). Імпульсно-періодична лазерна обробка зразків проводилась на установці "Квант-12" в камері з захисним середовищем аргону (YAG:Nd-лазер з довжиною хвилі l=1,06 мкм та гаусовим просторовим розподілом інтенсивності в пучку радіусом 0,5 мм) в широкому інтервалі енергій імпульсів, кількості імпульсів та тривалості обробки (табл.Із застосуванням методів електронної оже-спектроскопії, растрової електронної мікроскопії, дифракції повільних електронів досліджено вплив термічної обробки імпульсно-періодичним лазерним опроміненням (з довжиною хвилі l=1,06 мкм та гаусовим просторовим розподілом інтенсивності в промені радіусом 0,5 мм) в широкому інтервалі енергій імпульсів (0,05?0,256 Дж), кількості імпульсів (1?2160) та тривалості обробки (2,03?3,87 мс) на закономірності формування структурно-концентраційних неоднорідностей та дифузійного масопереносу компонентів в тонкоплівковій системі Cr/Cu/Ni. Основні наукові і практичні результати, отримані в роботі, полягають у наступному: При моделюванні і визначенні градієнтних характеристик термічної обробки лазерним опроміненням тонкоплівкової системи Cr/Cu/Ni встановлено зміну температури нагріву (~900-1300 К) в зоні опромінення при різних часових інтервалах дії імпульсу для значень енергії імпульсів 0,05?0,256 Дж, радіально-просторовий розподіл температури для даного значення енергії та тривалості імпульсів 2,8?10-4?3,95?10-3 с, максимальну температуру нагріву в епіцентрі зони лазерного опромінення (1300 К), коефіцієнт температуропровідності тришарової структури (~0,366 см2/с); максимальну швидкість нагріву та охолодження (відповідно ~3·106 К/с та ~1·106 К/с), максимальний температурний градієнт в напрямку, перпендикулярному до поверхні (~2,5·105 К/см), максимальний температурний градієнт в напрямку уздовж площини плівкової структури (~1,4·104 К/см). Термічна обробка лазерним опроміненням має характер високоекстремального впливу - "термоудару", що при певних режимах обробки (Е>Еп) забезпечує перехід мікрообємів матеріалу в рідкий стан, розвиток прискореного масопереносу в системі "рідка фаза - тверда фаза", загартування. При такій обробці формуються вельми неоднорідні структурно-концентраційні розподіли, термодинамічно нерівноважні, але кінетично стійкі стани; останнє є фактором, який визначає стабільність в подальшій експлуатації елементів мікроприладів, що були піддані такому особливому виду термічної обробки. Встановлено, що особливу роль в дифузійному масопереносі атомів міді та хрому при термічній обробці лазерним опроміненням тонкоплівкової системи Cr/Cu/Ni відіграє зовнішня поверхня шару нікелю: поверхня термодинамічно обумовлює направлений масоперенос компонентів в обємі тонкоплівкової системи і є стоковою для дифундуючих елементів - міді та хрому, при цьому контролюючим фактором є утворення оксиду хрому на зовнішній поверхні шару нікелю; наявність градієнтів концентрацій дифундуючих елементів протягом термічної обробки лазерним опроміненням зберігається (концентраційна однорідність в обємі тонкоплівкової системи не досягається).