High-Speed Cobalt Film Fracture under the Action of Loads Created by a Picosecond Laser Pulse

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The movement of the rear free surface of submicron cobalt film samples exposed to picosecond laser pulses with different energy densities was studied experimentally. The displacement of the free rear surface of the sample determined in the picosecond range in single-pulse mode using spectral interferometry. Data were obtained on the spall strength cobalt in a condensed state for a strain rate of ~109 s1.

About the authors

E. V. Struleva

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Moscow, Russia

P. S. Komarov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Moscow, Russia

S. A. Evlashin

Skolkovo Institute of Science and Technology

Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Moscow, Russia

S. I. Ashitkov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: struleva.evgenia@yandex.ru
Moscow, Russia

References

  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 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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (1MB)
Indexing metadata
3.

Download (69KB)
Indexing metadata
4.

Download (108KB)
Indexing metadata
5.

Download (51KB)
Indexing metadata
6.

Download (38KB)
Indexing metadata
7.

Download (42KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Е.В. Струлева, П.С. Комаров, С.А. Евлашин, С.И. Ашитков