Засіб відбракування монокристалів корунду складної форми

Предлагаемое изобретение относится к способу контроля прочности изделий из сапфира сложной конфигурации, применяемых в качестве имплантатов в медицине: стоматологии, ортопедии, кардиологии и так далее. В процессе выращивания монокристаллических имплантатов в них образуются термоупругие напряжения, от величины которых зависит обрабатываемость и величина времени эксплуатации имплантатов. При механической обработке в имплантатах возникают напряжения и при эксплуатации они могут растрескиваться, за счет чего значительное количество выпускаемой продукции попадает в брак. В связи с этим перед эксплуатацией имплантаты должны подвергаться контролю, определяющему их пригодность. Разработка способа неразрушающего контроля имплантатов из корунда, позволяющего определять пригодность выращенных имплантатов к эксплуатации, приобретает большое народно-хозяйственное значение. Известен способ определения внутренних напряжений, по которому монокристаллы корунда подвергают воздействию рентгеновского излучения [Рубин и сапфир. М., Наука, 1974, с. 74]. В сканирующую рентгеновскую камеру помещают кристалл, располагают его по отношению к рентгеновскому пучку точно под углом Брэгга и получают топограмму распределения внутренних напряжений. По интенсивности отраженного рентгеновского луча определяют внутренние напряжения монокристалла: чем больше интенсивность отраженного луча, тем больше величина внутренних напряжений. Недостатком этого метода является то, что он позволяет определять внутренние напряжения только в тонком приповерхностном слое монокристалла вследствие значительного поглощения рентгеновских лучей исследуемым материалом Способ не дает критерия, позволяющего прогнозировать пригодность монокристаллов корунда к механической обработке и эксплуатации. Известен также способ [Авт. св. СССР № 1411635, кл. G 01 N 3/42, бюл. № 27, 1988] отбраковки монокристаллов корунда при определении их пригодности к механической обработке, основанный на определении их физико-механических свойств с помощью вдавливания в монокристаллическую полубулю алмазной пирамидки, измерения длины микротрещин с и величины отпечатка а и проводят отбор монокристаллов, удовлетворяющих соотношению: где а - среднеарифметический размер отпечатка; с - среднеарифметическое значение радиальной трещины;. Η - твердость, определяемая соотношением (1854 Р)/(2аЯ; Ε - модуль упругости; N - экспериментальная величина, определяемая как функция с/а; Ρ - нагрузка, при которой с/а находится в интервале 1,7 ^ с/а < 5. Недостатком этого метода является то, что для определения величины коэффициента трещиностойкости необходимо приложить нагрузку, при которой образуются трещины вокруг отпечатка. То есть при таком способе контроля монокристаллических имплантатов появляется риск, что ранее пригодные имплантаты разрушаются в процессе эксплуатации из-за возникшего в процессе контроля концентратора напряжений трещины. Второй способ выбран в качестве прототипа. Все известные способы позволяют оценить наличие внутренних напряжений., второй способ позволяет прогнозировать пригодность монокристаллов к механической обработке и исключить затраты на обработку заведомо непригодных к механической обработке монокристаллов, но не дает критерия, позволяющего говорить о пригодности отдельных монокристаллов к эксплуатации без его разрушения. В основу изобретения поставлена задача разработки способа отбраковки монокристаллов корунда сложной формы, который обеспечил бы возможность прогнозировать пригодность их к эксплуатации. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе отбраковки монокристаллов корунда сложной формы, включающем механическое воздействие посредством вдавливания алмазной пирамидки согласно изобретению, вдавливание осуществляют с величиной нагрузки 105-110 г. и контролируют отсутствие микротрещин вокруг отпечатка пирамидки. Было установлено, что монокристаллические имплантаты, у которых при нагрузке на индентор 105-110 г. и ниже возникали трещины вокруг отпечатка, напряженные и непригодны к эксплуатации. Эта величина была признана оптимальной, так как при более низких нагрузках даже на напряженных монокристаллах не возникали трещины вокруг отпечатка индентора. При более высоких нагрузках отсеиваются пригодные для эксплуатации имплантаты. Выращиваемые монокристаллы корунда обладают различными внутренними напряжениями в зависимости от количества вводимых в них примесей, от их обработки, из-за чего готовые имплантаты при эксплуатации раскалываются. То есть до сих пор нельзя было сказать, окажется ли имплантат пригодным для эксплуатации. Учитывая специфику применения медицинских имплантатов крайне важно знать это до их применения. На фигуре приведена зависимость трещиностойкости K1c от нагрузки Ρ (предел хрупкости). Экспериментально установлено, что монокристаллы, выдерживающие нагрузку 105-110 г. без образования трещин вокруг отпечатка индентора, имеют разброс значений трещиностойкости 3 < К1с £54,5 МН/м3/2. В таблице приведены примеры реализации способа при различной величине нагрузки. Способ осуществляется следующим образом: корундовые монокристаллические имплантаты укрепляют на подставке так, чтобы поверхность, на которой производится контроль, была параллельна основанию подставки. Затем на микротвердомере ПМТ-3 или ПМТ-5 внедряют четырехгранную пирамиду в местах с концентраторами напряжений. Если нагрузка на индентор была ниже 105 г. некоторые образцы, "прошедшие" контроль в дальнейшем разрушались, хотя трещины на отобранных имплантатах не возникали. Если нагрузка на индентор была выше 110 г., то трещины возле отпечатка образовывались и на тех образцах, которые оказались пригодными в эксплуатации. 1. Способ осуществляли с помощью микротвердомера ПМТ-5 посредством вдавливания четырехгранной пирамидки при нагрузке 90 г. Брали 10 имплантатов. В местах концентраторов напряжений ставили три укола с расстоянием между ними не менее 70100 MKM, для того чтобы поля напряжений отпечатков не накладывались. Если в месте укола образовывались трещины, то такие имплантаты забраковывались. В результате проведенных измерений 2 из 10 имплантатов оказались бракованными. В процессе эксплуатации один из восьми оставшихся разрушился, что говорит о недостаточности нагрузки. 2. Брали 10 имплантатов и проводили эксперимент аналогично 1. Величина нагрузки 105 г. Было забраковано 3 штуки и в процессе эксплуатации ни одного имплантата не разрушилось. 3. Брали 10 имплантатов и проводили эксперимент аналогично 1. Величина нагрузки 120 г. Забраковано 5 имплантатов. В процессе эксплуатации не разрушилось ни одного. Из таблицы видно, что нагрузка 105-110 г. наиболее приемлема. Полученный критерий дает возможность оценить пригодность корундового монокристаллического имплантата к эксплуатации. Если при нагрузке Ρ ³ 110 г. трещины вокруг отпечатка индентора не образуются, то имплантат пригоден к эксплуатации.