способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой
Классы МПК: | C30B33/06 соединение кристаллов C30B33/04 с использованием электрических или магнитных полей или облучения потоком частиц B23K20/14 предотвращение или доведение до минимума доступа газа или использование защитных газов или вакуума при сварке B23K31/00 Способы пайки, сварки или резки, предназначенные для специальных целей или для изготовления особых изделий, не отнесенные к какой-либо одной из основных групп 1/00 B23K31/02 пайка или сварка |
Патентообладатель(и): | Карагезов Эдуард Ильич (AM) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-11-04 публикация патента:
10.02.2000 |
Изобретение относится к диффузионной сварке кристаллов и может быть применено при сращивании и облагораживании различных кристаллов для радиоэлектронной промышленности, в ювелирном деле, в оптике и других отраслях. Кристаллы помещают в вакуумную камеру. Создают разряжение. Осуществляют ионное внедрение в контактные поверхности и на заданную глубину. Прилагают давление путем трехосного регулируемого нагружения и нагревают с одновременным воздействием электронными пучками. При ионном внедрении разных элементов получают в теле кристалла на разных уровнях и с разными возможностями после облучения электронными пучками новые центры окраски. В процессе сварки осуществляют воздействие электронными пучками до получения заданной окраски кристалла. Технический результат заключается в получении кристаллов, сваренных из по крайней мере двух частей без границы их разделения, т.е. оптической чистоты, различных цветовых оттенков. 3 з.п.ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ ионно, ионизационно, термодинамического, твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, заключающийся в том, что образцы кристаллов помещают в вакуумную камеру, создают в ней разряжение, осуществляют ионное внедрение, сближают контактные поверхности, прилагают давление путем трехосного регулируемого нагружения и нагревают, причем ионное внедрение осуществляют в контактные поверхности и на определенную глубину по заданной геометрии для образования соответствующих центров окраски, а в процессе приложения давления и нагрева воздействуют электронными пучками для обеспечения локального импульсного нагрева и для получения их программируемой окраски. 2. Способ по п.1, заключающийся в том, что для придания образцу объемной цветности перед ионным внедрением по крайней мере в одном из кристаллов выполняют на рассчетную глубину отверстия минимально возможного диаметра, в которые накачивают ионы необходимой плотности. 3. Способ по п.2, заключающийся в том, что отверстия выполняют с помощью лазера. 4. Способ по п.1, заключающийся в том, что нагрев осуществляют резистивный, или импульсный, или воздействием электронных пучков.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к сварке, в частности к области диффузионной сварки при сращивании и облагораживании кристаллов, и может быть применено в приборостроении, оптике обработке драгоценных камней и ювелирной промышленности. Известен способ сращивания монокристаллов одного типа для получения бикристаллов с заданной взаимной ориентацией блоков, включающий полировку сопрягаемых поверхностей, их совмещение, приложение давления, нагрев в вакууме и охлаждение (SU 1116100, C 30 B 33/06, 30.09.84). Однако данный способ не позволяет получить кристалл, в котором бы практически полностью исчезла граница в зоне сращивания, поскольку при сварке происходит сдвиг свариваемых элементов при приложении нагрузки, что очень важно предотвратить при сваривании кристаллов с жесткой внутренней геометрией, кроме того, данный способ не обеспечивает облагораживания кристаллов, т.е. получения после сварки определенной цветности обрабатываемых кристаллов. Технология способа не дает возможности получить углы сращиваемых кристаллов в пределах 2 - 5 сек и обеспечить шероховатость поверхности до 14 класса. Способ также не предусматривает непосредственного нагревания сопрягаемых поверхностей. Известен способ сварки с помощью ионного внедрения в одну из соединяемых поверхностей, которое производят с целью ослабления химических и атомных связей поверхностных атомов (US 4452389, B 23 K 20/00, 05.06.84). Однако этот способ относится к сварке металлов и сплавов, где не ставится задача получить практически однородную структуру в полученном соединении, а также получить центры окраски, в том числе, в приграничном слое сращивания и разнородные центры окраски не только в приграничном слое, но и во всем объеме вплоть до получения полихромности. Известен способ окрашивания кристаллов природного берилла и изделий из них, включающий их облучение ионизирующим излучением и термообработку (RU 95103929, C 30 B 33/04, 20.08.96.). Однако этот способ достаточно трудоемкий и не предусматривает одновременного сращивания кристаллов. Таким образом, ни один из представленных известных способов не может решить комплексной задачи одновременного сращивания и облагораживания кристаллов с обеспечением высокой точности сращиваемых элементов, качества шва, заданной цветности и ориентации. Технической задачей данного изобретения является получение больших кристаллических однородных и неоднородных элементов с заданной цветностью и геометрией. Для этого в способе ионно, ионизационно, термодинамического, твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой образцы кристаллов помещают в вакуумную камеру, создают в ней разряжение, осуществляют ионное внедрение, сближают контактные поверхности, прилагают давление путем трехосного регулируемого нагружения и нагревают, причем ионное внедрение осуществляют на определенную глубину по заданной геометрии для образования соответствующих центров окраски, и в процессе приложения давления и нагрева воздействуют на образцы электронными пучками для обеспечения локального импульсного нагрева и получения их программируемой окраски. Для придания образцу объемной полихромной цветности перед ионным внедрением по крайней мере в одном из кристаллов выполняют на рассчетную глубину отверстия минимально возможного диаметра, в которые накачивают ионы необходимой плотности. Для получения отверстий применяют лазер. Нагрев осуществляют с помощью резистивных или индуктивных нагревателей или воздействием электронных пучков. После сварки полученные кристаллы монотонно охлаждают и извлекают из камеры через шлюзовую систему. Благодаря ионному внедрению в контактные поверхности ослабляются химические и атомные связи поверхностных и субповерхностных атомов, происходит расшатывание кристаллической решетки, локальное согревание поверхностей сращивания и образование новых центров окраски и в результате после сварки практически полностью исчезает граница сращивания, получается кристалл с однородной структурой - моноблок, причем способ позволяет получить, например, кубик кристалла с длиной ребра до 60 мм. Трехосное регулируемое нагружение образцов в процессе сварки позволяет осуществить процесс объемного твердофазного сращивания и обеспечить заданную геометрию свариваемых кристаллов. Локальный нагрев по всей поверхности сращивания обеспечивали воздействием электронными пучками и/или использованием, например, эксимерного лазера. Примеры. Осуществляли сращивание и облагораживание различных полудрагоценных и драгоценных кристаллов. Для ионного внедрения применяли специальные установки, например, установку ионного травления "Гатан 600" и другие. Для воздействия электронными пучками использовали технологические, лазеры, например, эксимерный, и электронные ускорители /Электроника У-003 (006), 6 МЭВ, 10 МЭВ, 50 МЭВ, 30 МЭВ-сильноточный, 120 МЭВ-сильноточный, 6 ГЭВ-ый/. При воздействии потоками электронов 1016![способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, патент № 2145366](/images/patents/326/2145007/8805.gif)
![способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, патент № 2145366](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, патент № 2145366](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, патент № 2145366](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, патент № 2145366](/images/patents/326/2145004/183.gif)
![способ ионно, ионизационно, термодинамического твердофазного объемного сращивания и облагораживания кристаллов диффузионной сваркой, патент № 2145366](/images/patents/326/2145366/2145366t.gif)
Класс C30B33/06 соединение кристаллов
Класс C30B33/04 с использованием электрических или магнитных полей или облучения потоком частиц
Класс B23K20/14 предотвращение или доведение до минимума доступа газа или использование защитных газов или вакуума при сварке
Класс B23K31/00 Способы пайки, сварки или резки, предназначенные для специальных целей или для изготовления особых изделий, не отнесенные к какой-либо одной из основных групп 1/00
Класс B23K31/02 пайка или сварка