2 декабря 2013 / Анализ инструментов с алмазными покрытиями

Свернуть меню
 


2 декабря 2013 / Анализ инструментов с алмазными покрытиями

 

Анализ инструментов с алмазными покрытиями

методом спектроскопии комбинационного рассеяния

3D сканирующий конфокальный микроскоп
комбинационного рассеяния

Междисциплинарные исследования на субмикронном уровне

  • Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния
  • Компактная модульная система
  • Широкий спектральный диапазон (UV, VIS, IR)
  • Высокая чувствительность
  • Высоко временная и температурная стабильность

Алмаз является очень твердым материалом, и это определяет его широкое применение в качестве покрытий инструментов для резки или шлифования. Для повышения производительности инструментов с алмазным покрытием нужны методы анализа образцов, имеющие высокое пространственное разрешение. Спектроскопия комбинационного рассеяния и фотолюминесцентная спектроскопия являются хорошими кандидатами для таких измерений из-за их высокой чувствительности к структурным несовершенствам алмаза.

Спектр комбинационного рассеяния свободного от механических напряжений алмаза содержит острый пик вблизи 1332 cм-1 (Рис.1a). Полная ширина пика на половине его максимума равна приблизительно 1.7 cм-1. Любые отклонения от указанных выше идеальных параметров могут свидетельствовать о присутствие механических напряжений в алмазе. В дополнение к спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) широкополосный фотолюминесцентный пик (Рис.1b) показывает наличие NV центры окраски. Интенсивность пика зависит от концентрации дефектов в кристаллах алмаза.

Данные прикладные записки посвящены анализу алмазных инструментов методами спектроскопии комбинационного рассеяния и фотолюминесценции, используя Confotec MR520 микроскоп (SOL instruments). Исследованный инструмент включал алмазные зерна, зафиксированные на функциональной части посредством связующего материала. Размеры алмазных микрокристаллов варьировались в пределах 15-25 мкм. Изображения инструмента (150x150 мкм) на длинах волн, соответствующих комбинационному рассеянию алмазной линии и NV фотолюминесценции, показаны на Рис.2. Из приведенных экспериментальных данных следует, что алмазные микрокристаллы гомогенно распределены вдоль рабочей поверхности инструмента (Рис.2а). Вариация интенсивности пика NV фотолюминесценции (Рис.2b) указывает на различное содержание дефектов в алмазах. Некоторые микрокристаллы отличаются их малым содержанием. Такие кристаллы отмечены белыми кружками на Рис.2.

Дополнительный детальный анализ инструмента (его область размером 70x70 мкм) приводится на Рис.3. Результат измерений на данной области подобен предыдущему: распределение алмазных зерен по рабочей поверхности инструмента является однородным (Рис.3a,b), а концентрация дефектов в микрокристаллах алмазов значительна (Рис.3d). Позиция алмазного пика в спектре комбинационного рассеяния (Рис.3c) указывает распределение механических напряжений в различных алмазных зернах. Красный цвет на карте механических напряжений (Рис.3c) соответствует микрокристаллам с напряжениями сжатия. Такие микрокристаллы алмаза отмечены на Рис.3 штрихпунктирными кружками.

 

Заключение

Мы продемонстрировали, что Confotec MR520 (спектроскопия комбинационного рассеяния, фотолюминесценция) может с успехом использоваться для анализа инструментов с алмазными покрытиями.

 

  SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. confotec mr520 sait 800

  

Рисунок 1

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. Diam Fig1

Спектры комбинационного рассеяния алмазов с размерами около 20 (a) и 70 мкм (b). Спектры комбинационного рассеяния возбуждались лазером с длиной волны 532 нм. Широкополосная фотолюминесцентная особенность на последнем рисунке ассоциируется с дефектами в алмазе. 

 

 

Рисунок 2

SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. Diam Fig2
Анализ инструмента с алмазным покрытием:
(a) вариация интенсивности пика комбинационного рассеяния с волновым числом 1332 см-1
(b) фотолюминесцентная карта
Область сканирования 150x150 мкм

 

 

Рисунок 3

 SOL instruments: спектрометр, рамановский микроскоп, эмиссионный спектрометр. Diam Fig3

Анализ инструмента с алмазным покрытием:
(a) оптическое изображение (70x70 мкм)
(b) карта интенсивности комбинационного рассеяния на пике с волновым числом 1332 см-1
(c) вариация положения алмазной линии
(d) фотолюминесцентная карта