1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 4, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 4, стр. 536-541

Высокоскоростное разрушение пленок кобальта под действием нагрузок, создаваемых пикосекундным лазерным импульсом

Е. В. Струлева 1, *, П. С. Комаров 1, С. А. Евлашин 2, С. И. Ашитков 1

1 ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)
Москва, Россия

2 Сколковский институт науки и технологий
Москва, Россия

* E-mail: struleva.evgenia@yandex.ru

Поступила в редакцию 01.06.2023
После доработки 20.06.2023
Принята к публикации 03.10.2023

Аннотация

Проведено экспериментальное исследование движения тыльной свободной поверхности субмикронных пленочных образцов кобальта при воздействии лазерными импульсами пикосекундной длительности с различной плотностью энергии. Диагностика смещения свободной тыльной поверхности образца осуществлялась в пикосекундном диапазоне в одноимпульсном режиме методом спектральной интерферометрии. Получены данные об откольной прочности кобальта в конденсированном состоянии при скорости деформирования ~109 с–1.

Список литературы

  1. Ашитков С.И., Агранат М.Б., Канель Г.И., Комаров П.С., Фортов В.Е. Поведение алюминия вблизи предельной теоретической прочности в экспериментах с фемтосекундным лазерным воздействием // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 92. № 8. С. 568.

  2. Whitley V.H., McGrane S.D., Eakins D.E., Bolme C.A., Moore D.S., Bingert J.F. The Elastic-Plastic Response of Aluminum Films to Ultrafast Laser-generated Shocks // Appl. Phys. 2011. V. 109. № 1. 013505.

  3. Crowhurst J.C., Armstrong M.R., Knight K.B., Zaug J.M., Behymer E.M. Invariance of the Dissipative Action at Ultrahigh Strain Rates above the Strong Shock Threshold // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. № 14. P. 144 302.

  4. Demaske B.J., Zhakhovsky V.V., Inogamov N.A., Oleynik I.I. Ultrashort Shock Waves in Nickel Induced by Femtosecond Laser Pulses // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. № 5. P. 054109.

  5. Ashitkov S.I., Agranat M.B., Kanel G.I., Fortov V.E. Approaching the Ultimate Shear and Tensile Strength of Aluminum in Experiments with Femtosecond Pulse Laser // AIP Conf. Proc. 2012. V. 1426. № 1. P. 1081.

  6. Ашитков С.И., Комаров П.С., Агранат М.Б., Канель Г.И., Фортов В.Е. Реализация предельных значений объемной и сдвиговой прочности железа при воздействии фемтосекундными лазерными импульсами // Письма в ЖЭТФ. 2013. Т. 98. № 7. С. 439.

  7. Crowhurst J.C., Reed B.W., Armstrong M.R., Radousky H.B., Carter J.A., Swift D.C., Zaug J.M. et al. The $\alpha \to \varepsilon $ Phase Transition in Iron at Strain Rates up to ∼109 s–1 // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. № 11. 113506.

  8. Ашитков С.И., Комаров П.С., Струлева Е.В., Агранат М.Б., Каннель Г.И. Механические и оптические свойства ванадия под действием ударных нагрузок пикосекундного диапазона // Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 101. № 4. С. 294.

  9. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ашитков С.И. Откольная прочность титана при высокоскоростном растяжении // ТВТ. 2020. Т. 58. № 5. С. 823.

  10. Струлева Е.В., Комаров П.С., Евлашин С.А., Ашитков С.И. Поведение магниевого сплава при высокоскоростной деформации под действием ударно-волновой нагрузки // ТВТ. 2022. Т. 60. № 5. С. 793.

  11. Ashitkov S., Komarov P., Romashevskiy S., Struleva E., Evlashin S. Shock Compression of Magnesium Alloy by Ultrashort Loads Driven by Sub-Picosecond Laser Pulses // J. Appl. Phys. 2022. V. 132. № 17. P. 175 104.

  12. Канель Г.И., Фортов В.Е., Разоренов С.В. Ударные волны в физике конденсированного состояния // УФН. 2007. Т. 177. № 8. С. 809.

  13. Kamel R., Halim K. The Effect of Phase Change on the Mechanical Properties of Cobalt Near Its Transformation Temperature // Phys. Status Solidi B. 1966. V. 15. № 1. P. 63.

  14. Sokolov L.D., Gladkikh A.N., Skudnov V.A., Solenov V.M. Mechanical Properties of Cobalt at Different Temperatures and Deformation Rates // Metal Sci. Heat Treat. 1969. V. 11. P. 626.

  15. Betteridge W. The Properties of Metallic Cobalt // Prog. Mater. Sci. 1980. V. 24. P. 51.

  16. Walsh J.M., Rice M.H., McQueen R.G., Yarger F.L. Shock-Wave Compressions of Twenty-Seven Metals. Equations of State of Metals // Phys. Rev. 1957. V. 108. P. 196.

  17. Baumung K., Bluhm H., Kanel G.I., Muller G., Razorenov S.V., Singer J., Utkin A.V. Tensile Strength of Five Metals and Alloys in the Nanosecond Load Duration Range at Normal and Elevated Temperatures // Int. J. Impact Eng. 2001. V. 25. № 7. P. 631.

  18. Razorenov S.V., Kanel’ G.I., Kramshonkov E.N., Baumung K. Shock Compression and Spalling of Cobalt at Normal and Elevated Temperatures // Combust., Explos. Shock Waves. 2002. V. 38. № 5. P. 598.

  19. Zaretsky E. Impact Response of Cobalt over the 300–1400 K Temperature Range // J. Appl. Phys. 2010. V. 108. № 8. P. 083525.

  20. Khmelnitsky R.A., Evlashin S.A., Martovitsky V.P., Pastchenko P.V., Dagesian S.A., Alekseev A.A., Suetin N.V., Gippius A.A. Heteroepitaxy of Ni-Based Alloys on Diamond // Cryst. Growth Des. 2016. V. 16. № 3. P. 1420.

  21. Liu J.M. Simple Technique for Measurements of Pulsed Gaussian-Beam Spot Sizes // Opt. Lett. 1982. V. 7. № 5. P. 196.

  22. Moore D.S., Gahagan K.T., Reho J.H., Funk D.J., Buelow S.J., Rabie R.L., Lippert T. Ultrafast Nonlinear Optical Method for Generation of Planar Shocks // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. № 1. P. 40.

  23. Von der Linde D., Schuler H. Breakdown Threshold and Plasma Formation in Femtosecond Laser–Solid Interaction // J. Opt. Soc. Am. B. 1996. V. 13. № 1. P. 216.

  24. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ашитков С.И. Интерферометрическая диагностика нанодеформаций поверхности мишени в пикосекундном диапазоне при импульсном лазерном воздействии // Вестник Объединенного института высоких температур. 2018. Т. 1. № 1. С. 130.

  25. Geindre J.P., Audebert P., Rebibo S., Gauthier J.C. Single-Shot Spectral Interferometry with Chirped Pulses // Opt. Lett. 2001. V. 26. № 20. P. 1612.

  26. Temnov V.V., Sokolovski-Tinten K., Zhou P., von der Linde D. Ultrafast Imaging Interferometry at Femtosecond Laser-Excited Surfaces // J. Opt. Soc. Am. B. 2006. V. 23. № 9. P. 1954.

  27. Funk D.J., Moore D.S., Gahagan K.T., Buelow S.J., Reho J.H., Fisher G.L., Rabie R.L. Ultrafast Measurement of the Optical Properties of Aluminum During Shock-Wave Breakout // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 115114.

  28. Gahagan K.T., Moore D.S., Funk D.J., Rabie R.L., Buelow S.J., Nicholson J.W. Measurement of Shock Wave Rise Times in Metal Thin Films // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. № 15. P. 3205.

  29. Kanel G.I. Spall Fracture: Methodological Aspects, Mechanisms and Governing Factors // Int. J. Fract. 2010. V. 163. P. 173.

  30. Степанов Г.В. Откольное разрушение металлов плоскими упругопластическими волнами нагрузки // Проблемы прочности. 1976. № 8. С. 66.

  31. Канель Г.И. Искажение волновых профилей при отколе в упругопластическом теле // ПМТФ. 2001. Т. 42. № 2. С. 194.

  32. Агранат М.Б., Анисимов С.И., Ашитков С.И., Жаховский В.В., Иногамов Н.А., Комаров П.С., Овчинников А.В. и др. Прочностные свойства расплава алюминия в условиях экстремально высоких темпов растяжения при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. № 9. С. 517.

  33. Anisimov S.I., Inogamov N.A., Petrov Y.V., Khokhlov V.A., Zhakhovskii V.V., Nishihara K., Agranat M.B. et al. Thresholds for Front-side Ablation and Rear-side Spallation of Metal Foil Irradiated by Femtosecond Laser Pulse // Appl. Phys. A. 2008. V. 92. P. 797.

  34. Balibar S., Caupin F. Metastable Liquids // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. V. 15. № 1. P. S75.

  35. Mayer A.E., Mayer P.N. Continuum Model of Tensile Fracture of Metal Melts and its Application to a Problem of High-Current Electron Irradiation of Metals // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. № 3. P. 035903.

  36. Marsh S.P. LASL Shock Hugoniot Data. Los Alamos Scientific Laboratory Series on Dynamic Material. Berkeley–Los Angeles–London: University of California Press, 1980. V. 5. P. 56.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал