Способ бесконтактной обработки поверхности алмазов

Изобретение относится к технологии обработки алмазов, а именно к методам придания им заданной геометрической формы, и востребовано в промышленности для производства электроники. Способ бесконтактной обработки поверхности алмаза включает нагрев алмаза до температуры чуть ниже температуры графитизации алмаза с последующим бесконтактным воздействием на локальный участок поверхности алмаза точечным источником энергии, с помощью которого повышают температуру поверхности алмаза на локальном участке выше температуры графитизации. Способ позволяет получить алмаз, поверхность которого будет иметь наноразмерный рельеф (поры, шероховатая поверхность, каналы, борозды и им подобные структуры), что обеспечивает расширение функциональных возможностей применения алмаза, при увеличении производительности процесса и снижении энергозатрат на его обработку. 3 пр.

 

Способ относится к области технологии обработки алмазов, а именно к методам придания им заданной геометрической формы, и востребован в промышленности для производства электроники.

Известен способ обработки алмазов [RU (11) 2293148 "Способ обработки алмазов" МПК С30В 33/04; С30В 33/02; С30В 29/04; С01В 31/06 (2006.01). Опубликовано 10.02.2007. Бюл. №4], в котором осуществляют прогрев алмаза в интервале температур 300-1900°С, при этом воздействуют на локальный участок кристалла одновременно электронным пучком и электрическим полем для придания этому участку определенного цветового оттенка. Недостатком является то, что при изготовлении сложного рельефа поверхности алмаза происходит изменение внутренней структуры кристалла

Прототипом изобретения является способ механической обработки алмаза, включающий прогрев алмаза до температуры чуть ниже температуры графитизации алмаза, при котором обработку выполняют механическим вращающимся диском, содержащим абразивный порошок [RU 2373050, "Способ обработки алмаза" МПК B28D 5/00 (2006.01), опубликовано 20.11.2009. Бюл. №32]. Недостатком является невозможность изготовления сложного рельефа поверхности.

Технической задачей изобретения является формирование наноразмерного рельефа поверхности алмаза, увеличение производительности обработки алмаза и снижение энергозатрат на его обработку.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что предложен способ бесконтактной обработки поверхности алмаза, при котором алмаз прогревают до температуры чуть ниже температуры графитизации алмаза, отличающийся тем, что на локальный участок поверхности алмаза бесконтактно воздействуют точечным источником энергии, с помощью которого повышают температуру поверхности алмаза на локальном участке выше температуры графитизации.

Способ реализуют следующим образом.

Алмаз, алмазную пластину или любую другую алмазную поверхность нагревают до температуры немного ниже температуры графитизации алмаза. Температура графитизации алмаза зависит от среды, в которую помещен алмаз (вакуум, воздух и т.д.) и давления. Температура графитизации в вакууме составляет 1700°С. Температура графитизации алмаза на воздухе составляет около 750°С

Бесконтактно воздействуют точечным источником энергии на локальный участок поверхности алмаза. При бесконтактном воздействии в качестве точечного источника энергии используют лазерный луч, узконаправленное ультразвуковое излучение и т.д.

Воздействие точечным источником энергии повышает скорость движения атомов углерода в кристаллической структуре алмаза, а следовательно, на локальном участке поверхности происходит повышение температуры.

Воздействие точечным источником энергии на локальный участок поверхности алмаза продолжают до тех пор, пока не произойдет графитизация.

Пример №1

Выравнивание шероховатостей на ростовой стороне пластины CVD алмаза с целью использования ее поверхности в качестве теплоотводящей подложки

Устанавливают алмазную пластину на плоскость в вакуумную камеру, ростовой стороной вверх.

В вакуумной камере алмазную пластину нагревают до Τ=1650°С.

Направляют лазерный луч параллельно плоскости, на которой расположена алмазная пластина.

Воздействуют лазерным лучом на шероховатости алмазной пластины. Мощность лазерного луча должна обеспечить нагревание в точке падения луча на пластину выше температуры 1700°С.

В месте падения луча происходит поверхностная графитизация.

Смещают лазерный луч вдоль плоскости, на которой расположена алмазная пластина.

Воздействуют лазерным лучом на шероховатости алмазной пластины.

В месте падения луча происходит поверхностная графитизация.

Эти операции повторяют вдоль всей поверхности пластины.

Удаляют образовавшийся слой графита.

Перемещают лазерный луч ближе к поверхности алмазной пластины кристалла на толщину лазерного луча.

Воздействуют лазерным лучом на шероховатости алмазной пластины. Мощность лазерного луча должна обеспечить нагревание в точке падения луча на пластину выше температуры 1700°С.

В месте падения луча происходит поверхностная графитизация.

Повторяют всю процедуру обработки многократно до получения ровной поверхности.

Пример №2

Формирование поверхности сложной формы

Нагревают алмаз в вакууме до температуры, близкой к температуре графитизации алмаза в вакууме, например до 1650°С. После чего под углом к поверхности направляют лазерный луч с энергией, достаточной для нагрева поверхности алмаза в точке падения луча до температуры, выше температуры графитизации, например до 1750°С. Эту процедуру повторяют несколько раз, пока не получат поверхность необходимой конфигурации, после чего механическим или химическим путем удаляют образовавшийся на поверхности слой графита.

Пример №3

Формирование поверхности алмазного резака

Нагревают алмаз в потоке инертного газа до температуры, близкой к температуре графитизации алмаза в среде инертного газа, например до температуры 1650°С. После чего направляют узко направленный ультразвук с энергией, достаточной для нагрева поверхности алмаза до температуры, выше температуры графитизации, например до 1750°С. Эту процедуру повторяют несколько раз пока не получат поверхность необходимой конфигурации, после чего механическим или химическим путем удаляют образовавшийся на поверхности слой графита.

Предлагаемый способ позволяет получить алмаз, поверхность которого будет иметь наноразмерный рельеф (ровная или шероховатая поверхность, поры, каналы, борозды и им подобные структуры), что обеспечит расширение функциональных возможностей применения алмаза.

Способ бесконтактной обработки поверхности алмаза, при котором алмаз прогревают до температуры чуть ниже температуры графитизации алмаза, отличающийся тем, что на локальный участок поверхности алмаза бесконтактно воздействуют точечным источником энергии, с помощью которого повышают температуру поверхности алмаза на локальном участке выше температуры графитизации.