Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции,

ордена Трудового Красного Знамени

Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана

Факультет «Машиностроительные технологии»

Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»

Реферат на тему:

Лазерные технологии модификации тонкопленочных покрытий

Москва

2014

Содержание:

Лазеры…………………………………………………………………3

Вступление…………………………………………………………....4

Устройства Blu-ray…………………………………………………...9

Завершение…………………………………………………………..11

Технология твердого покрытия…………………………………….13

Список используемой литературы………………………………....14

Лазеры – это источники когерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на использовании явления индуцированного излучения. Слово «лазер» представляет собой аббревиатуру английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», переводимой как усиление света в результате вынужденного излучения. Гипотеза о существовании вынужденного (индуцированного) излучения была высказана в 1917 г. А. Эйнштейном. В 1940 г. профессор Московского энергетического института В. А. Фабрикант сформулировал условия, при выполнении которых можно обнаружить индуцированное излучение, а в 1951 г. он совместно с М. М. Вудынским и Ф. А. Бутаевой получил авторское свидетельство на способ усиления электромагнитного излучения. Устройство, генерирующее электромагнитные колебания на основе использования явления индуцированного излучения в СВЧ диапазоне, было создано в 1953—1954 гг. Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в СССР и группой Ч. Таунса в США.

Вступление

Абляция твердых тел под действием коротких импульсов лазерного излучения оптического или мягкого рентгеновского диапазона имеет большое значение как с теоретической, так и с практической точки зрения. Она используется для микроструктурной обработки поверхностей металлов, полупроводников и диэлектриков.

Лазерная модификация поверхности

Улучшение свойств поверхности материала (износостойкости, термостойкости, твердости, коррозионной стойкости), наряду с традиционными методами модификации (химическое травление, закалка, плазменная обработка, ударное упрочнение), в последнее время все чаще осуществляется методами лазерной модификации поверхности 1,3,7,14,115, такими, как: закалка, легирование, наплавка, химическое или физическое осаждение покрытий из газовой фазы. Толщина обработанного слоя может составлять от сотен нанометров до нескольких миллиметров. Процесс лазерной модификации поверхности осуществляется путем сканирования поверхности материала лазерным пучком.

Главные достоинства технологии лазерной модификации поверхности (наряду с общими достоинствами лазерных технологий обработки материалов): локальность обработки, возможность обработки труднодоступных участков, химическая чистота, контролируемость толщины обработки, минимальная финишная доводка (или полное ее отсутствие), возможность дистанционного контроля и автоматизации процесса, малая пористость созданного поверхностного слоя, минимальное коробление обработанного изделия, высокая производительность процесса, высокая работоспособность созданного поверхностного слоя, существенное (в 2-5 раз) увеличение ресурса обработанных изделий.

Практически процессы лазерной модификации поверхности применяются для обработки широкого ассортимента материалов: закалка углеродистых и малоуглеродистых сталей, легированных сталей, технического железа, чугуна, закалка и легирование алюминиевых сплавов; имплантация в поверхность разных металлов мелкодисперсных частиц (карбидов, алмаза, керамик); наплавка на сталь сплавов «никель-хром-бор-кремний» для повышения ресурса поверхности; легирование поверхности стали и алюминиевых сплавов такими упрочняющими элементами, как хром, кремний, углерод, молибден, бор, никель, азот; нанесение тонких (нано- и микрометровых) пленок из диэлектриков, полупроводников или металлов на подложки из разных материалов для изготовления компонент микроэлектронной техники.

Практическое применение процессы лазерной модификации поверхности нашли для таких операций, как снятие старой краски; поверхностное текстурирование; плакирование электродов; упрочнение рабочих поверхностей инструментов (резцов, сверл, пил, буровых головок, матриц, пуансонов, штампов); наплавка клапанов двигателей и лопаток турбин; закалка трущихся поверхностей деталей машин (поршней, цилиндров, дорожек подшипников, коленвалов и пр.).

В настоящее время лазерная модификация поверхности является актуальным и стремительно развивающимся направлением. Модификация поверхности металлов, полупроводников находит применение в различных областях: в производстве для создания поверхностей с большой поглощаемостью, в медицине для создания имплантов с микроструктурами с целью улучшения а к организму человека. Главные достоинства технологии лазерной модификации поверхности (наряду с общими достоинствами лазерных технологий обработки материалов): локальность обработки, возможность обработки труднодоступных участков, химическая чистота.

Пикосекундные лазерные импульсы могут применяться для формирования микро и наноструктур, а также для модификации поверхности металлов. Вследствие малого размера наноструктур поверхностное натяжение расплава мишени стремится сгладить их, поэтому для образования наноструктур необходимы малая длительность импульса и плотность.

Основные способы модификации тонкоплёночных покрытий лазером:

Закалка и модификация поверхностей

Закалка поверхности металлов волоконными лазерами при помощи вариоголовки VF происходит гораздо эффективнее, чем при всех остальных способах. За счет значительно большего коэффициента поглощения излучения волоконных лазеров металлами производительность лазерной поверхностной закалки и обработки вырастает в 2–3 раза, а общая эффективность процесса (от розетки) почти в 10 раз. А за счет передачи излучения по оптоволокну появляется возможность обработки любых сложных геометрий (например, автомобильных штампов) с использованием классических роботов.

Закалка необходима для отдельных деталей оборудования, которые подвергаются наибольшему износу в процессе эксплуатации, что позволит значительно увеличить срок их службы. Например, в нефтегазовой отрасли — это резьбы труб, детали бурового и насосного оборудования, которые в жестких условиях эксплуатации изнашиваются очень быстро. Технология лазерного упрочнения обеспечивает закалку сталей класса 40Х до твердости 64HRC на глубину 0.5 — 1.5 мм. Закалка проводится локально в требуемых зонах, очень эффективно выполняется закалка внешних и внутренних резьб на муфтовых соединениях с повышением стойкости к свинчиванию в несколько раз. Значительный эффект дает также нанесение сетки упрочненных зон на буровые трубы, повышая стойкость к истиранию в несколько раз.

Преимущества лазерной закалки волоконными лазерами перед традиционными методами:

• Высокая производительность процесса.

• Высокий энергетический КПД — в 50 раз лучше закалки ТВЧ.

• Малой потребление энергии — не более 10 кВт.

• Возможность локальной закалки — только необходимых мест на изделии.

• Незначительный общий нагрев изделия и полной отсутствие поводок и деформаций.

• Гибкость и автоматизация процесса.

• Экологическая чистота.

Лазерная закалка может быть произведена для лезвий режущего инструмента, ножей пил, деревообрабатывающего инструмента. При этом стойкость инструмента повышается в 5 раз. Разработана технология упрочнения ножей с эффектом самозатачивания.

Наплавка

Лазерная наплавка позволяет локально наносить износостойкие покрытия и керамические составы. Эта технология может быть успешно применена на сервисных предприятиях для восстановления элементов оборудования, для нанесения высокопрочных зон на рабочие части, подверженные высокому износу.

Лазерный наплавочный процесс может также эффективно использоваться на ремонтно-восстановительных участках как замена довольно грубому процессу дуговой наплавки и для восстановления валов, звездочек, фланцевых соединений и других элементов оборудования. За счет значительно большего коэффициента поглощения излучения волоконных лазеров металлами производительность лазерной поверхностной закалки и обработки вырастает в 2–3 раза, а общая эффективность процесса (от розетки) почти в 10 раз.

За счет передачи излучения по оптоволокну появляется возможность обработки любых сложных геометрий (например, автомобильных штампов) с использованием классических роботов.

Легирование

Лазерное легирование позволяет упрочнять детали из не упрочняемых дешевых сталей и сплавов до уровня инструментальных легированных сталей. Имеются разработанные составы для абразивостойких поверхностей. При этом стойкость абразива повышается по сравнению с ТВЧ упрочнением упрочняемых сталей в 3,2 раза.

Разработаны технологии упрочнения титановых алюминиевых, медных сплавов. Причем лазерное легирование возможно проводить как из жидкой фазы так и без оплавления шероховатость поверхности при этом не изменяется.

Себестоимость процесса невелика, поэтому технология перспективна для широкого внедрения для деталей машиностроения.

Создание пористой структуры

Лазер создаёт поверхность с сотовой структурой, с глубокими и ровными и маленькими порами, в то время как поверхность с машинной обработкой представляет собой относительно ровную поверхность с типичными микроскопическими желобками. Расстояние между порами у покрытия с лазерной обработкой составило 10-12 мкм.

Подобные технологии применяются для создания фильтрационных систем, а так же в медицине, например, в имплантах, которые служат для очищения жидкостей в организме животных и человека. В добавок к этому, данная структура сильно увеличивает шероховатость поверхности. В современной медицине это используют, например, для создания зубных имплантов. Подобные технологии применяются в различных сферах машиностроения, однако пока промышленного применения в массовом масштабе эта технология не получила. Имеется ввиду именно обработка на нанометровом уровне, что касается микрометровых размеров – то подобные технологии применяются уже сегодня.

Лазерный наклеп импульсами наносекундной длительности