RU2425908C2 - Способ нанесения покрытия с помощью импульсного лазера и объект с покрытием, нанесенным этим способом - Google Patents
Способ нанесения покрытия с помощью импульсного лазера и объект с покрытием, нанесенным этим способом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2425908C2 RU2425908C2 RU2007134315/02A RU2007134315A RU2425908C2 RU 2425908 C2 RU2425908 C2 RU 2425908C2 RU 2007134315/02 A RU2007134315/02 A RU 2007134315/02A RU 2007134315 A RU2007134315 A RU 2007134315A RU 2425908 C2 RU2425908 C2 RU 2425908C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- ablation
- metal
- laser
- target
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 9
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N azane;chromium Chemical compound N.[Cr] SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFNGCDBZVSLSFT-UHFFFAOYSA-N titanium vanadium Chemical compound [Ti].[V] GFNGCDBZVSLSFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу нанесения покрытия на тело, выполненное из металла, стекла, минерала или пластика, и телу, полученному этим способом. Для получения покрытия с максимально высокой степенью регулярности покрытие наносят посредством холодной лазерной абляции при перемещении тела через плазменный факел, возникающий при абляции из движущейся мишени, а для осуществления абляции используют лазерное устройство, выполненное на основе пикосекундного лазера для холодной абляции. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия методом импульсной лазерной абляции (именуемым также методом PLD - Pulsed Laser Deposition, нанесение с использованием импульсного лазера) и к объекту с соответствующим покрытием. Изобретение направлено на обеспечение оптимального качества поверхности при нанесении покрытия на движущуюся подложку с использованием абляции из движущейся мишени.
Уровень техники
Лазерная технология добилась в последние годы значительных успехов, и в настоящее время могут быть изготовлены лазерные системы на базе полупроводниковых волокон, обладающие достаточной эффективностью для использования, например, в холодной абляции. Лазеры, предназначенные для холодной абляции, включают пикосекундные и фемтосекундные лазеры. Среди пикосекундных лазеров для холодной абляции применимы лазеры с длительностью импульсов 100 пс или менее. Пикосекундные лазеры отличаются от фемтосекундных как по длительности импульсов, так и по частоте их следования. Новейшие коммерческие пикосекундные лазеры имеют частоту следования импульсов в интервале 1-4 МГц, тогда как фемтосекундные лазеры работают при частотах следования импульсов, лежащих в диапазоне килогерц. В оптимальном варианте холодная абляция позволяет осуществить абляцию материала без того, чтобы удаляемый за счет абляции материал подвергался процессам теплопереноса; другими словами, удаляемый материал подвергается только воздействию энергии импульса.
В дополнение к истинно волоконным полупроводниковым лазерам с диодной накачкой существуют конкурирующие с ними лазерные источники с ламповой накачкой, в которых лазерный пучок сначала направляется в волокно, а из него - на обрабатываемую зону. Насколько это известно заявителю на дату подачи заявки, подобные волоконные лазерные системы являются в настоящее время единственным средством получения в промышленном масштабе продуктов, обработанных посредством лазерной абляции.
Ограничения, накладываемые на лазерный пучок использованием волокон в современных волоконных лазерах, сужают диапазон материалов, которые можно подвергнуть абляции. В то время как алюминий можно подвергнуть абляции при умеренной интенсивности лазерных импульсов, материалы, менее склонные к абляции, такие как медь, вольфрам и др., требуют существенного повышения импульсной мощности.
Вторым важным фактором для известных лазеров является ширина сканирующего лазерного пучка. При линейном сканировании с применением зеркальных пленок ширина сканирующей линии обычно лежит в интервале 30-70 мм.
Насколько известно заявителю, эффективность известных устройств для холодной абляции на момент подачи заявки составляла около 10 Вт. В этом случае пикосекундный лазер достигает частоты следования импульсов около 4 МГц. Однако фемтосекундный импульсный лазер для холодной абляции достигает частоты следования импульсов, лежащей в диапазоне килогерц, т.е. существенно меньшей, чем соответствующие значения для пикосекундных лазеров, например, в различных применениях, связанных с резкой материалов.
Успешное использование лазеров для холодной абляции, особенно в применениях, связанных с нанесением покрытий, всегда требует высокого вакуума, в типичном случае соответствующего давлению не выше 98·10-3 Па. Чем больше количество материала, находящегося в газовой фазе, тем слабее плазменный факел, образующийся из материала, удаленного из облучаемого материала (из мишени), и тем хуже качество этого факела. При адекватном уровне вакуума подобный плазменный факел будет иметь высоту порядка 30-70 мм (см. описание к патенту США №6372103).
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на создание способа нанесения покрытия посредством лазерной абляции на тело из металла, минерала, стекла или пластика, согласно которому тело перемещают через плазменный факел, возникающий при абляции, с целью получения поверхности с максимально высокой степенью регулярности.
Изобретение относится также к изготовленному из металла, минерала, стекла или пластика телу, на которое посредством лазерной абляции нанесено покрытие при перемещении тела через плазменный факел, возникающий при абляции, с целью получения поверхности с максимально высокой степенью регулярности.
Изобретение основано на неожиданном обнаружении того, что на плоские или трехмерные тела, изготовленные из металла, минерала, стекла или пластика, можно нанести покрытие с высокой ступенью регулярности, если перемещать подлежащее нанесению покрытия тело (подложку) через плазменный факел, возникающий при абляции из движущейся мишени. Изобретение обеспечивает нанесение покрытий из алмазоподобного углерода (АПУ), металлов и оксидов металла на телах указанного типа посредством лазерной абляции.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует результат воздействия горячей и холодной абляции на материал-мишень.
На фиг.2 представлены различные медицинские инструменты с покрытием, нанесенным согласно изобретению.
На фиг.3 представлены другие медицинские инструменты с покрытием, нанесенным согласно изобретению.
На фиг.4 представлены различные оптические изделия с покрытием, нанесенным согласно изобретению.
Фиг.5 иллюстрирует плазменный факел, получаемый согласно изобретению.
Фиг.6 иллюстрирует нанесение покрытия способом по изобретению. Стрелкой 16 показано направление движения покрываемого тела (подложки) относительно плазменного факела 17. Расстояние между телом и мишенью равно 70 мм, а лазерный пучок падет на мишень под острым углом.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к способу нанесения покрытия на тело из металла, стекла или пластика посредством лазерной абляции при перемещении тела через плазменный факел, возникающий при абляции из движущейся мишени, с целью получения поверхности с максимально высокой степенью регулярности.
В контексте изобретения термин "тело" означает различные плоские и трехмерные объекты. Такими объектами могут являться различные металлические изделия и наносимые на них покрытия, в том числе кровельные листы, доски для внешней и для внутренней отделки, молдинги и оконные рамы; кухонные раковины, краны, плиты, металлические монеты, ювелирные изделия и бижутерия, инструменты и их части; двигатели автомобилей и других транспортных средств и части таких двигателей, гальванические покрытия и окрашенные металлические покрытия на автомобилях и других транспортных средствах, конструкции с металлическими покрытиями, используемые на кораблях, судах и самолетах, авиационные турбины и двигатели внутреннего сгорания; подшипники; вилки, ножи и ложки; ножницы, охотничьи ножи, лопасти, пилы и различные режущие инструменты с металлическими покрытиями, винты и гайки; металлическая аппаратура, используемая в химической промышленности, в том числе реакторы, насосы, дистилляционные колонки, контейнеры и каркасные конструкции с гальваническими покрытиями; трубы для прокачки нефти, газа и химических реагентов, а также различные клапаны и другие средства управления; различные части и буровое оборудование нефтебуровых установок; водопроводные трубы; стрелковое оружие и его части, пули и патроны; металлические детали, подверженные износу, в том числе изнашиваемые части бумагоделательных машин, включая средства нанесения пастообразных слоев; совки, лопаты и металлические части игрушек для использования на открытом воздухе; дорожные ограждения, дорожные знаки и столбы; металлические канистры и контейнеры; хирургические инструменты, протезы и импланты; инструменты; металлические части электронных устройств, которые могут окисляться или подвергаться коррозии, металлические части, а также стеклянные и пластмассовые линзы камер; космические аппараты, включая их наружную облицовку, обеспечивающую стойкость к трению и к предельно высоким температурам.
Изделия, изготовленные в соответствии с изобретением, могут также иметь покрытия и трехмерные образования из материалов, стойких к химическим соединениям, вызывающим коррозию, самоочищающиеся поверхности или различные антиотражающие (просветляющие) поверхности в различных линзовых системах, например покрытия для защиты от ультрафиолетового (УФ) излучения и активные УФ покрытия, используемые при очистке воды, растворов или воздуха.
В соответствии с изобретением минеральным материалам может быть придан желательный цвет путем добавления пигментов или окрашивающих агентов до нанесения последнего слоя покрытия посредством окисления. Подобное покрытие для окрашивания минерального продукта может быть осуществлено лазерной абляцией согласно изобретению. Можно также сформировать на минерале самоочищающееся покрытие из диоксида титана или упрочняющее и стойкое к царапинам покрытие из оксида алюминия посредством абляции мишени из оксида металла или металла в кислородной среде. В результате будет получено стойкое изделие из минерала, которое является самоочищающимся и цвет которого можно варьировать, если это представляется желательным. Например, песчаник весьма восприимчив к загрязнению сажей, поэтому нанесение на него самоочищающегося покрытия, особенно при его использовании на фасадах зданий, даст существенный экономический эффект.
Под минералами в контексте изобретения понимаются как любые природные минералы, так и керамика, используемая в одном из вариантов изобретения. Типичные минеральные материалы включают материалы для облицовки зданий, такие как мрамор и песчаник. Однако способ по изобретению пригоден для нанесения покрытий и на другие материалы подобного типа, включая гранит, гнейс, кварцит и аргиллит.
Алмазное покрытие предотвращает окисление металлов и, следовательно, ослабление их декоративных и иных функций. Кроме того, алмазная поверхность защищает нижележащие слои не только от механического износа, но также и от химических реакций, в том числе с кислотами и основаниями. Металлы и их соединения, пригодные для использования согласно изобретению в качестве мишеней для получения декоративных покрытий, включают золото, серебро, хром, платину, тантал, титан, медь, цинк, алюминий, железо, сталь, цинк черный, рутений черный, кобальт, ванадий, нитрид титана, нитрид титана и алюминия, нитрид титана и углерода, нитрид циркония, нитрид хрома, карбид титана и кремния, а также карбид хрома. Данные соединения, естественно, придают и другие свойства, например образуют износостойкие покрытия или покрытия, обеспечивающие защиту от окисления или от других химических реакций.
Кроме того, некоторые предпочтительные варианты изобретения обеспечивают получение твердых и не имеющих царапин поверхностей на различных стеклянных и пластмассовых изделиях (на линзах, крупных дисплеях, оконных панелях в транспортных средствах и в зданиях, а также на лабораторной и домашней посуде). В этом контексте особо предпочтительными материалами покрытий являются МgF2, SiO2, ТiO2, Al2O3.
Согласно особо предпочтительному варианту изобретения нанесение покрытия осуществляется посредством лазерной абляции с помощью импульсного лазера. Лазерное устройство, применяемое для лазерной абляции, предпочтительно содержит лазер для холодной абляции, такой как пикосекундный лазер.
Данное устройство может содержать и фемтосекундный лазер, однако, пикосекундный лазер представляется более предпочтительным для нанесения покрытий.
Нанесение покрытия предпочтительно производится в вакууме, т.е. при давлении 98·10-3-98·10-9 Па.
В предпочтительном варианте нанесение покрытия производится при перемещении покрываемого тела последовательно через два или более плазменных факелов. Такое решение увеличивает скорость нанесения покрытия и делает процесс нанесения более подходящим для промышленных применений. Типичное расстояние между покрываемым телом (подложкой) и мишенью составляет 30-100 мм, предпочтительно 35-50 мм.
В особенно эффективном варианте изобретения расстояние между мишенью и подложкой поддерживают, по существу, постоянным на протяжении всего периода абляции.
Наиболее предпочтительными материалами мишени являются графит, спеченный углерод, металлы, оксиды металлов и полисилоксан. Абляция графита или углерода позволяет получить покрытия из алмазоподобного углерода (АПУ) или алмазные покрытия, имеющие более высокое отношение sp3/sp2. Если материалом мишени является металл, таким металлом предпочтительно является алюминий, титан, медь, цинк, хром, цирконий или олово.
Если требуется получить покрытие из оксида металла, оно может быть получено абляцией соответствующего оксида металла. Согласно другому варианту такое покрытие может быть получено посредством абляции металла в газовой среде, содержащей кислород. Кислород может находиться в обычной или реакционноспособной форме. В этом случае газовая среда состоит из кислорода и инертного газа, предпочтительно гелия или аргона, особенно предпочтительно гелия.
Изобретение относится также к телу из металла, пластика или стекла с покрытием, нанесенным лазерной абляцией при перемещении тела через плазменный факел, возникающий при абляции из движущейся мишени, с целью получения покрытия, имеющего максимально регулярную структуру.
Покрытие на подобное тело предпочтительно наносится лазерной абляцией с использованием импульсного лазера. Лазерное устройство, используемое для абляции, предпочтительно содержит лазер для холодной абляции, такой как пикосекундный лазер.
Покрытие на тело по изобретению предпочтительно наносится в вакууме, 98·10-3-98·10-9 Па.
В другом предпочтительном варианте покрытие наносится на тело при перемещении покрываемого пластмассового корпуса и/или покрываемой линзы последовательно через два или более плазменных факелов. Типичное расстояние между покрываемым телом и мишенью составляет 30-100 мм, предпочтительно 35-50 мм.
В особенно эффективном варианте изобретения расстояние между мишенью и подложкой удерживается, по существу, постоянным на протяжении всего периода абляции, а предпочтительными материалами мишени являются графит, спеченный углерод, металлы, оксиды металлов и полисилоксан.
В число предпочтительных металлов входят алюминий, титан, медь, цинк, хром, цирконий и олово.
Покрытие из оксида металла может быть нанесено на тело посредством абляции металла в газовой среде, в которую введен кислород. В этом случае газовая среда состоит из кислорода и инертного газа, предпочтительно гелия или аргона, особенно предпочтительно гелия.
Примеры
Далее способ и изделие (объект) согласно изобретению описываются на неограничивающих примерах. Нанесение покрытий производилось с применением пикосекундного лазера мощностью 10 Вт (модель X-lase фирмы Corelase Оу). Приводимое значение энергии импульса соответствует энергии, падающей на поверхность площадью 1 см2, причем эта энергия фокусируется посредством оптики на поверхность желаемой площади.
Пример 1
В данном примере на пластину из поликарбоната наносилось алмазное покрытие (с использованием мишени из спеченного углерода). Лазерное устройство имело следующие характеристики.
Мощность: 10 Вт.
Частота следования импульсов: 4 МГц.
Энергия импульса: 2,5 мкДж.
Длительность импульса: 20 пс.
Расстояние между мишенью и подложкой: 35 мм.
Давление: 98·10-4 Па.
На поликарбонатную пластину было нанесено покрытие из АПУ с толщиной около 200 нм.
Пример 2
В данном примере на костный винт наносилось покрытие с использованием подложки из спеченного углерода. Лазерное устройство имело следующие характеристики.
Мощность: 10 Вт
Частота следования импульсов: 4 МГц.
Энергия импульса: 2,5 мкДж.
Длительность импульса: 20 пс.
Расстояние между мишенью и подложкой: 37 мм.
Давление: 98·10-5 Па.
Нанесенное покрытие из алмазоподобного углерода (АПУ) имеет толщину около 100 нм.
Пример 3
В данном примере покрытие из диоксида титана наносилось как на стеклянную пластину, так и на поликарбонатную пластину. Лазерное устройство имело следующие характеристики.
Мощность: 10 Вт
Частота следования импульсов: 4 МГц.
Энергия импульса: 2,5 мкДж.
Длительность импульса: 20 пс.
Расстояние между мишенью и подложкой: 35 мм.
Давление: 98·10-5 Па.
Нанесенное на стеклянную пластину и на поликарбонатную пластину прозрачное покрытие из диоксида титана имеет толщину около 10 нм.
Пример 4
В данном примере покрытие из диоксида титана наносилось на мрамор. Покрытие формировалось посредством абляции непосредственно диоксида титана. Лазерное устройство имело следующие характеристики.
Мощность: 10 Вт
Частота следования импульсов: 4 МГц.
Энергия импульса: 2,5 мкДж.
Длительность импульса: 20 пс.
Расстояние между мишенью и подложкой: 28 мм.
Давление: 98·10-3 Па.
Нанесенное на мраморную пластину покрытие из диоксида титана имеет толщину около 100 нм.
Пример 5
В данном примере на мрамор наносилось алмазное покрытие. Поверхность камня просушивалась в термостате (при 110°С) в течение 1 ч, чтобы удалить основную часть содержавшейся в минерале влаги. Покрытие формировалось посредством абляции спеченного углерода. Лазерное устройство имело следующие характеристики.
Мощность: 10 Вт
Частота следования импульсов: 4 МГц.
Энергия импульса: 2,5 мкДж.
Длительность импульса: 20 пс.
Расстояние между мишенью и подложкой: 30 мм.
Давление: 98·10-3 Па.
Нанесенное на мраморную пластину алмазное покрытие имеет толщину около 200 нм. Светлый мрамор изменил свою окраску до светло-бежевого цвета, причем природный рисунок оставался видимым сквозь покрытие, нанесенное описанным образом.
Пример 6
В данном примере покрытие из диоксида титана наносилось на необработанный песчаник. Покрытие формировалось посредством абляции непосредственно диоксида титана. Лазерное устройство имело следующие характеристики.
Мощность: 10 Вт
Частота следования импульсов: 4 МГц.
Энергия импульса: 2,5 мкДж.
Длительность импульса: 20 пс.
Расстояние между мишенью и подложкой: 30 мм.
Давление: 98·10-3 Па.
Нанесенное на песчаник покрытие из диоксида титана имеет толщину около 60 нм.
Claims (19)
1. Способ нанесения покрытия на тело, выполненное из металла, минерала, стекла или пластика, отличающийся тем, что для получения покрытия с максимально высокой степенью регулярности покрытие наносят посредством холодной лазерной абляции при перемещении тела через плазменный факел, возникающий при абляции из движущейся мишени, а для осуществления абляции используют лазерное устройство, выполненное на основе пикосекундного лазера для холодной абляции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лазерную абляцию осуществляют при давлении 98·10-3-98·10-9 Па.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение покрытия осуществляют при перемещении покрываемого тела последовательно через два или более плазменных факелов.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что расстояние между покрываемым телом и мишенью выбирают в интервале 30-100 мм, предпочтительно 35-50 мм.
5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что расстояние между покрываемым телом и мишенью поддерживают, по существу, постоянным на протяжении всего периода абляции.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала мишени выбирают графит, спеченный углерод, металл, оксид металла или полисилоксан.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что металл выбирают из алюминия, титана, меди, цинка, хрома, циркония или олова.
8. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что покрытие из оксида формируют на покрываемом теле путем введения кислорода в газовую среду внутри вакуумной камеры.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что газовая среда состоит из кислорода и инертного газа, предпочтительно гелия или аргона, наиболее предпочтительно гелия.
10. Тело с покрытием, выполненное из металла, стекла или пластика, отличающееся тем, что покрытие нанесено посредством холодной лазерной абляции с использованием лазерного устройства, выполненного на основе пикосекундного лазера для холодной абляции, и при перемещении тела через плазменный факел, возникающий при абляции из движущейся мишени, для получения покрытия с максимально высокой степенью регулярности.
11. Тело по п.10, выполненное из пластика.
12. Тело по п.10 или 11, отличающееся тем, что лазерная абляция осуществлена при давлении 98·10-3-98·10-9 Па.
13. Тело по п.10, отличающееся тем, что покрытие нанесено при перемещении покрываемого тела последовательно через два или более плазменных факелов.
14. Тело по п.13, отличающееся тем, что расстояние между телом и мишенью выбрано в интервале 30-100 мм, предпочтительно 35-50 мм.
15. Тело по п.10 или 14, отличающееся тем, что расстояние между мишенью и покрываемым телом, по существу, постоянно на протяжении всего периода абляции.
16. Тело по п.10, отличающееся тем, что в качестве материала мишени выбран графит, спеченный углерод, металл, оксид металла или полисилоксан.
17. Тело по п.16, отличающееся тем, что в качестве металла выбран алюминий, титан, медь, цинк, хром, цирконий или олово.
18. Тело по п.10 или 16, отличающееся тем, что на теле сформировано покрытие из оксида при введении кислорода в газовую среду внутри вакуумной камеры.
19. Тело по п.18, отличающееся тем, что газовая среда состоит из кислорода и инертного газа, предпочтительно гелия или аргона, наиболее предпочтительно гелия.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20050216 | 2005-02-23 | ||
| FI20050216A FI20050216A0 (fi) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Menetelmä valmistaa timanttia, muita jalokiviä, kuten safiiria, rubiinia jne. ja suorittaa näillä pinnoituksia sekä suorittaa pinnoituksia muilla aineilla, kuten boriideillä, oksideillä, nitrideillä jne. |
| FI20050559 | 2005-05-26 | ||
| FI20050558A FI20050558A0 (fi) | 2005-05-26 | 2005-05-26 | Menetelmä ja laite suorittaa pinnoitusta laserien ja PLD-menetelmän avulla |
| FI20050558 | 2005-05-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007134315A RU2007134315A (ru) | 2009-03-27 |
| RU2425908C2 true RU2425908C2 (ru) | 2011-08-10 |
Family
ID=40542245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007134315/02A RU2425908C2 (ru) | 2005-02-23 | 2006-02-23 | Способ нанесения покрытия с помощью импульсного лазера и объект с покрытием, нанесенным этим способом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2425908C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486282C1 (ru) * | 2011-11-17 | 2013-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения имплантированного ионами олова кварцевого стекла |
| RU2502151C1 (ru) * | 2012-04-24 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) | Способ изготовления фотокатода и устройство для изготовления фотокатода |
| RU2556183C2 (ru) * | 2013-04-24 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения гетероструктуры оксид титана - силицид титана на монокристаллической кремниевой подложке, покрытой нанокристаллической титановой пленкой |
| RU2677029C2 (ru) * | 2013-03-19 | 2019-01-15 | Ниварокс-Фар С.А. | Резонатор с пониженной чувствительностью к климатическим изменениям |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1630154A1 (ru) * | 1989-08-14 | 1992-06-15 | Предприятие П/Я В-8851 | Способ нанесени покрытий на подложку |
| WO1998022635A1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus for directional deposition of thin films using laser ablation |
| US5760366A (en) * | 1992-11-30 | 1998-06-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thin film forming apparatus using laser and magnetic field |
| JP2003095795A (ja) * | 2001-09-25 | 2003-04-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | α−ＳｉＣのヘテロエピタキシャル薄膜の作製方法及び同方法で作製した薄膜 |
| RU2242532C1 (ru) * | 2003-09-09 | 2004-12-20 | Гуревич Сергей Александрович | Способ получения наночастиц |
-
2006
- 2006-02-23 RU RU2007134315/02A patent/RU2425908C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1630154A1 (ru) * | 1989-08-14 | 1992-06-15 | Предприятие П/Я В-8851 | Способ нанесени покрытий на подложку |
| US5760366A (en) * | 1992-11-30 | 1998-06-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thin film forming apparatus using laser and magnetic field |
| US6110291A (en) * | 1992-11-30 | 2000-08-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thin film forming apparatus using laser |
| WO1998022635A1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus for directional deposition of thin films using laser ablation |
| JP2003095795A (ja) * | 2001-09-25 | 2003-04-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | α−ＳｉＣのヘテロエピタキシャル薄膜の作製方法及び同方法で作製した薄膜 |
| RU2242532C1 (ru) * | 2003-09-09 | 2004-12-20 | Гуревич Сергей Александрович | Способ получения наночастиц |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486282C1 (ru) * | 2011-11-17 | 2013-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения имплантированного ионами олова кварцевого стекла |
| RU2502151C1 (ru) * | 2012-04-24 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) | Способ изготовления фотокатода и устройство для изготовления фотокатода |
| RU2677029C2 (ru) * | 2013-03-19 | 2019-01-15 | Ниварокс-Фар С.А. | Резонатор с пониженной чувствительностью к климатическим изменениям |
| RU2556183C2 (ru) * | 2013-04-24 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ получения гетероструктуры оксид титана - силицид титана на монокристаллической кремниевой подложке, покрытой нанокристаллической титановой пленкой |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007134315A (ru) | 2009-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5437640B2 (ja) | 高品質の表面を製造するための方法および高品質の表面を有する製品 | |
| JP2009527642A5 (ru) | ||
| JP5203226B2 (ja) | コーティング方法 | |
| KR101557518B1 (ko) | 박층 침착 방법 | |
| US20080160295A1 (en) | Method for adjusting ablation threshold | |
| KR101565099B1 (ko) | 타겟의 광자 융발을 위한 방법 및 장치 | |
| JP2009527644A5 (ru) | ||
| EP1993777A2 (en) | Coating on a stone or ceramic substrate and a coated stone or ceramic product | |
| WO2009066011A2 (en) | Surface processing method | |
| WO2007096460A2 (en) | Surface treatment technique and surface treatment apparatus associated with ablation technology | |
| KR20090004885A (ko) | 레이저 삭마에 의해 표면들 및 재료들을 형성하는 방법 | |
| JP2009527359A5 (ru) | ||
| JP5091686B2 (ja) | パルスレーザ蒸着方法 | |
| RU2425908C2 (ru) | Способ нанесения покрытия с помощью импульсного лазера и объект с покрытием, нанесенным этим способом | |
| RU2467092C2 (ru) | Способ нанесения покрытия и металлическое изделие, снабженное покрытием | |
| CN101128616A (zh) | 脉冲激光沉积方法 | |
| JPH0885819A (ja) | レーザ加工における被加工物の前処理方法 | |
| RU2615851C2 (ru) | Поглощающее лазерное излучение покрытие и способ его получения | |
| FI124357B (fi) | Kivi- tai keramiikkasubstraattien päällystäminen ja päällystetty kivi- tai keramiikkatuote | |
| FI124358B (fi) | Lasisubstraatin päällystäminen ja päällystetty lasituote |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160224 |