Новае даследаванне, апублікаванае ў часопісе Diamond and Related Materials, прысвечана тручэнню полікрышталічнага алмаза пры дапамозе пратручвальніка FeCoB для фарміравання ўзораў. У выніку гэтых удасканаленых тэхналагічных інавацый алмазныя паверхні можна атрымаць без пашкоджанняў і з меншай колькасцю дэфектаў.
Даследаванне: прасторавае селектыўнае тручэнне алмаза ў цвёрдым стане з выкарыстаннем FeCoB з фоталітаграфічным малюнкам. Аўтар выявы: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
З дапамогай працэсу цвёрдацельнай дыфузіі нанакрышталічныя плёнкі FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20, атамныя суадносіны) могуць дасягнуць нацэльвання рашоткі і ліквідацыі алмазаў у мікраструктуры.
Алмазы валодаюць унікальнымі біяхімічнымі і візуальнымі якасцямі, а таксама высокай эластычнасцю і трываласцю. Яго надзвычайная даўгавечнасць з'яўляецца важнай крыніцай прагрэсу ў звышдакладнай апрацоўцы (тэхналогія тачэння алмазаў) і шляху да экстрэмальных ціскаў у дыяпазоне сотняў ГПа.
Хімічная непранікальнасць, візуальная трываласць і біялагічная актыўнасць павялічваюць канструктыўныя магчымасці сістэм, якія выкарыстоўваюць гэтыя функцыянальныя якасці. Diamond зрабіў сабе імя ў галіне мехатронікі, оптыкі, датчыкаў і кіравання дадзенымі.
Для магчымасці іх прымянення склейванне брыльянтаў і іх узор ствараюць відавочныя праблемы. Рэактыўнае іоннае тручэнне (RIE), індуктыўна звязаная плазма (ICP) і электронна-прамянёвае тручэнне з'яўляюцца прыкладамі існуючых тэхналагічных сістэм, якія выкарыстоўваюць метады тручэння (EBIE).
Алмазныя структуры таксама ствараюцца з дапамогай метадаў апрацоўкі лазерам і сфакусаваным іённым прамянём (FIB). Мэта гэтага метаду вырабу - паскорыць расслаенне, а таксама дазволіць маштабаваць вялікія плошчы ў паслядоўных вытворчых структурах. У гэтых працэсах выкарыстоўваюцца вадкія пратручвальнікі (плазма, газы і вадкія растворы), што абмяжоўвае дасягальную геаметрычную складанасць.
У гэтай наватарскай працы вывучаецца абляцыя матэрыялу з дапамогай хімічнай пары і ствараецца полікрышталічны алмаз з FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 атамных працэнтаў) на паверхні. Асноўная ўвага надаецца стварэнню мадэляў ТМ для дакладнага тручэння метровых структур у алмазах. Алмаз, які ляжыць у аснове, злучаецца з нанакрышталічным FeCoB шляхам цеплавой апрацоўкі пры тэмпературы ад 700 да 900 °C на працягу ад 30 да 90 хвілін.
Некрануты пласт узору алмаза паказвае на палікрышталічную мікраструктуру, якая ляжыць у аснове. Шурпатасць (Ra) кожнай канкрэтнай часціцы складала 3,84 ± 0,47 нм, а агульная шурпатасць паверхні - 9,6 ± 1,2 нм. Шурпатасць (у межах аднаго алмазнага зерня) імплантаванага пласта металу FeCoB складае 3,39 ± 0,26 нм, а вышыня пласта - 100 ± 10 нм.
Пасля адпалу пры 800°C на працягу 30 хвілін таўшчыня паверхні металу павялічылася да 600 ± 100 нм, а шурпатасць паверхні (Ra) павялічылася да 224 ± 22 нм. Падчас адпалу атамы вугляроду дыфузіююць у пласт FeCoB, што прыводзіць да павелічэння памеру.
Тры ўзоры са слаямі FeCoB таўшчынёй 100 нм награваліся пры тэмпературах 700, 800 і 900 °C адпаведна. Калі дыяпазон тэмператур ніжэй за 700°C, паміж алмазам і FeCoB няма значнай сувязі, і пасля гідратэрмальнай апрацоўкі выдаляецца вельмі мала матэрыялу. Выдаленне матэрыялу паляпшаецца да тэмператур вышэй за 800 °C.
Калі тэмпература дасягала 900°C, хуткасць тручэння павялічвалася ў два разы ў параўнанні з тэмпературай 800°C. Аднак профіль пратручванай вобласці моцна адрозніваецца ад профілю імплантаваных паслядоўнасцей пратручвання (FeCoB).
Схема, якая паказвае візуалізацыю цвёрдацельнага пратручвальніка для стварэння ўзору: прасторава-селектыўнае цвёрдацельнае тручэнне алмаза з выкарыстаннем фоталітаграфічнага ўзору FeCoB. Аўтар выявы: Ван З. і Шанкар М.Р. і інш., Алмазы і спадарожныя матэрыялы.
Узоры FeCoB таўшчынёй 100 нм на алмазах апрацоўваліся пры 800°C на працягу 30, 60 і 90 хвілін адпаведна.
Шурпатасць (Ra) выгравіраванай вобласці вызначалася ў залежнасці ад часу водгуку пры 800°C. Цвёрдасць узораў пасля адпалу на працягу 30, 60 і 90 хвілін склала адпаведна 186±28 нм, 203±26 нм і 212±30 нм. Пры глыбіні тручэння 500, 800 або 100 нм стаўленне (RD) шурпатасці выгравіраванай вобласці да глыбіні тручэння складае адпаведна 0,372, 0,254 і 0,212.
Шурпатасць пратручванай вобласці істотна не павялічваецца з павелічэннем глыбіні пратручвання. Было выяўлена, што тэмпература, неабходная для рэакцыі паміж алмазам і пратручвальнікам HM, перавышае 700°C.
Вынікі даследавання паказваюць, што FeCoB можа эфектыўна выдаляць алмазы значна хутчэй, чым Fe або Co паасобку.
Час публікацыі: 31 жніўня 2023 г