ODNOIMPUL'SNOE FEMTOSEKUNDNOE LAZERNOE VOZDEYSTVIE NA TiV2: POROG ABLYaTsII I OSOBENNOSTI MORFOLOGII POVERKhNOSTI

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методом интерференционной микроскопии исследованы особенности абляции пленки диборида титана микронной толщины при однократном воздействии лазерными импульсами длительностью 70 фс умеренной интенсивности 1012–1013 Вт/см2 на воздухе. Определено значение порога фемтосекундной абляции по поглощенной плотности энергии. Изучена морфология кратеров и получена зависимость их глубины от плотности энергии лазерных импульсов. Максимальная глубина кратера термомеханической абляции достигает 40 нм.

References

  1. Ромашевский С.А., Ашитков С.И., Агранат М.Б. Фемтосекундная лазерная технология обработки твердотельных материалов: создание функциональных поверхностей и селективная модификация наноразмерных слоев // ТВТ. 2018. Т. 56. № 4. С. 609.
  2. Ионин А.А., Кудряшов С.И., Самохин А.А. Абляция поверхности материалов под действием ультракоротких лазерных импульсов // УФН. 2017. Т. 187. № 2. С. 159.
  3. Mannion P., Magee J., Coyne E., O’Connor G.M. Ablation Thresholds in Ultrafast Laser Micro-machining of Common Metals in Air // Proc. SPIE. 2003. V. 4876. P. 470.
  4. Nolte S., Momma C., Jacobs H., Tunnermann A., Chichkov B.N., Wellegehausen B., et al. Ablation of Metals by Ultrashort Laser Pulses // J. Opt. Soc. Am. B. 1997. V. 14. P. 2716.
  5. Colombier J.P., Combis P., Bonneau F., Le Harzic R., Audouard E. Hydrodynamic Simulations of Metal Ablation by Femtosecond Laser Irradiation // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. P. 165406.
  6. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ашитков С.И. Термомеханическая абляция титана при фемтосекундном лазерном воздействии // ТВТ. 2019. Т. 57. № 4. С. 529.
  7. Артюков И.А., Заярный Д.А., Ионин А.А., Кудряшов С.И., Макаров С.В., Салтуганов П.Н. Релаксационные процессы электронной и решеточной подсистем при абляции поверхности железа ультракороткими лазерными импульсами // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 99. № 1. С. 54.
  8. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ашитков С.И. Сравнение фемтосекундной лазерной абляции золота и никеля // ТВТ. 2019. Т. 57. № 5. С. 689.
  9. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ромашевский С.А., Евлашин С.А., Ашитков С.И. Фемтосекундная лазерная абляция железа // ТВТ. 2021. Т. 59. № 5. С. 663.
  10. Chen C. , Zhang F., Zhang Y., Xiong Х., Ju B.-F., Cui H., Chen Yu.-L. Single-pulse Femtosecond Laser Ablation of Monocrystalline Silicon: A Modeling and Experimental Study // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 576. P. 151722.
  11. Li L., Kong W., Chen F. Femtosecond Laser-inscribed Optical Waveguides in Dielectric Crystals: A Concise Review and Recent Advances // Adv. Photonics. 2022. V. 4. P. 024002.
  12. Lu M., Zhang M., Zhang K., Meng Q., Zhang X. Femtosecond UV Laser Ablation Characteristics of Polymers Used as the Matrix of Astronautic Composite Material // Materials. 2022. V. 15. P. 6771.
  13. Maio D., Colombier J.P., Cazottes P., Audouard E. Ultrafast Laser Ablation Characteristics of PZT Ceramic: Analysis Methods and Comparison with Metals // Opt. Lasers Eng. 2012. V. 50. P. 1582.
  14. Samant A.N., Dahotre N.B. Laser Machining of Structural Ceramics – A Review // J. Eur. Ceram. Soc. 2009. V. 29. P. 969.
  15. Pan A.F., Wang W.J., Mei X.S., Wang K.D., Zhao W.Q., Li T.Q. Laser Thermal Effect on Silicon Nitride Ceramic Based on Thermal-chemical Reaction with Temperature Dependent Thermo-physical Parameters // Appl. Surf. Sci. 2016. V. 375. P. 90.
  16. Chen B.C., Ho C.Y., Wen M.Y., Chen C.S., Tsai Y.H., Ma C. Ultrashort-laser-pulse Machining Characteristics of Aluminum Nitride and Aluminum Oxide // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 191.
  17. Ho C.Y., Chen B.C., Chen D.Y., Ma C., Shih C.S. Analytical Study on Femtosecond Laser Ablation of Aluminum Nitride Ceramics // Chin. J. Phys. 2012. V. 50. P. 947.
  18. Golla B.R., Mukhopadhyay A., Basu B., Thimmappa S.K. Review on Ultra-high Temperature Boride Ceramics // Prog. Mater. Sci. 2020. V. 111. P. 100651.
  19. Levine S.R., Opila E.J., Halbig M.C., Kiser J.D., Singh M., Salem J.A. Evaluation of Ultra-high Temperature Ceramics for Aeropropulsion Use // J. Eur. Ceram. Soc. 2002. V. 22. P. 2757.
  20. Basu B., Raju G.B., Suri A.K. Processing and Properties of Monolithic TiB2 Based Materials // Int. Mater. Rev. 2013 V. 51. P. 352.
  21. Munro R.G. Material Properties of Titanium Diboride // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2000. V. 105. P. 709.
  22. Upadhya K.Y., Yang J.M., Hoffman W. Materials for Ultrahigh Temperature Structural Applications // Am. Ceram. Soc. Bull. 1997. V. 76. P. 51.
  23. Lv X., Yin Z., Yang Z., Chen J., Zhang S., Song S., Yu G. Review on the Development of Titanium Diboride Ceramics // Recent Progress in Materials. 2024. V. 6. P. 009.
  24. Серебрякова Т.И., Неронов В.А., Пешев П.Д. Высокотемпературные бориды. М.: Металлургия, Челябинское отд., 1991. 368 с.
  25. Артемьев А.А., Соколов Г.Н., Дубцов Ю.Н., Лысак В.И. Формирование композиционной структуры износостойкого наплавленного металла с боридным упрочнением // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011. № 2. С. 44.
  26. Khanra A.K., Pathak L.C., Mishra S.K., Godkhindi M.M. Effect of NaCl on the Synthesis of TiB2 Powder by a Self-propagating High-temperature Synthesis Technique // Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 733.
  27. Demircan U., Derin B., Yücel O. Effect of HCl Concentration on TiB2 Separation from a Selfpropagating High-temperature Synthesis (SHS) Product // Mater. Res. Bull. 2007. V. 42. P. 312.
  28. Wang H., Ouyang L.Z., Peng C.H., Zeng M.Q., Chung C.Y., Zhu M. MmM5/Mg Multi-layer Hydrogen Storage Thin Films Prepared by DC Magnetron Sputtering // J. Alloy. Compd. 2004. V. 370. L4.
  29. Vlasova M., Bykov A., Kakazey M., Aguilar M.P.A., Melnikov I., Rosales I., Tapia R.G. Formation and Properties of TiB2–Ni Composite Ceramics // Sci. Sintering. 2016. V. 48. P. 137.
  30. Vlasova M., Kakazey M., Aguilar M.P.A., Tapia R.G., Hernandez A.С., Melnikov I., Rosales I., Fironov Ya., Uribe D.B. Processes Connected with Local Laser Heating of TiB2 Armor Ceramics // Sci. Sintering. 2019. V. 51. P. 125.
  31. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции // УФН. 2002. Т. 172. № 3. С. 301.
  32. Ашитков С.И., Ромашевский С.А., Комаров П.С., Бурмистров А.А., Жаховский В.В., Иногамов Н.А., Агранат М.Б. Образование наноструктур при фемтосекундной лазерной абляции металлов // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 6. С. 547.
  33. Ашитков С.И., Комаров П.С., Овчинников А.В., Струлева Е.В., Жаховский В.В., Иногамов Н.А., Агранат М.Б. Абляция металлов и образование наноструктур под действием фемтосекундных лазерных импульсов // Квантовая электроника. 2014. Т. 44. № 6. С. 535.
  34. Канель Г.И., Зарецкий Е.Б., Разоренов С.В., Ашитков С.И., Фортов В.Е. Необычные пластичность и прочность металлов при ультракоротких длительностях нагрузки // УФН. 2017. Т. 187. № 5. С. 525.
  35. Kanel G.I. Behavior of Brittle Materials under Dynamic Loading / S.J. Bless, A.M. Rajendran. USA: Institute for Advanced Technology, The University of Texas at Austin, 2000. 56 p.
  36. Ашитков С.И., П.С. Комаров, Е.В. Струлева Механические свойства пленок диборида титана при воздействии ударных нагрузок пикосекундного диапазона // ТВТ. 2018. Т. 56. № 6. С. 959.
  37. Temnov V.V., Sokolowski-Tinten К., Zhou P., and Von der Linde D. Ultrafast Imaging Interferometry at Femtosecond-laser-excited Surfaces // J. Opt. Soc. Am. В. 2006. V. 23. N. 9. P. 1954.
  38. Агранат M.Б., Андреев H.Е., Ашитков С.И., Вейсман М.Е., Левашов П.Р., Овчинников А.В., Ситников Д.С., Фортов В.Е., Хищенко К.В. Определение транспортных и оптических свойств неидеальной плазмы твердотельной плотности при фемтосекундном лазерном воздействии // Письма в ЖЭТФ. 2007. Т. 85. № 6. С. 328.
  39. Inogamov N.A., Zhakhovskii V.V., Ashitkov S.I., Khokhlov V.A., Petrov Yu.V., Komarov P.S., Agranat M.B., Anisimov S.I., Nishihara K. Two-temperature Relaxation and Melting After Absorption of Femtosecond Laser Pulse // Appl. Surf. Sci. 2009. V. 255. № 24. P. 9712.
  40. Liu J.M. Simple Technique for Measurements of Pulsed Gaussian-beam Spot Sizes // Opt. Lett. 1982. V. 7. № 5. P. 196.
  41. Winter J., Spellauge M., Hermann J., Eulenkamp C., Huber H.P., Schmidt M. Ultrashort Single-pulse Laser Ablation of Stainless Steel, Aluminium, Copper and its Dependence on the Pulse Duration // Opt. Express. 2021. V. 29. P. 14561.
  42. Физические величины. Спр. / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 336.
  43. Кириллин В.А., Шейндлин А.Е., Чеховской В.Я., Тюкаев В.И. Энтальпия и теплоемкость диборида титана в интервале температур 273.15–2600°К // ТВТ. 1964. Т. 2. № 5. C. 710.
  44. Ашитков С.И., Иногамов Н.А., Жаховский В.В., Эмиров Ю.Н., Агранат М.Б., Олейник И.И., Анисимов С.И., Фортов В.Е. Образование нанополостей в поверхностном слое алюминиевой мишени при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 95. № 4. C. 192.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».