Диамантът среща лазера: Разкрити са ефектите на обработка на различни видове лазери

Обработката на диаманти е трудна и лазерната технология за обработка предоставя решение. Прилагането на лазерна технология за обработка на диаманти може да постигне ефективна и високо прецизна обработка на диаманти. Днес нека да разгледаме огромните разлики в ефектите на обработка, постигнати от различните типове лазерни лъчи, действащи върху диамантената повърхност.

 

Микросекунден лазер: широка ширина на импулса, подходящ за груба обработка

Характеристики и приложения: Ширината на микросекундния лазерен импулс е широка, обикновено подходяща за груба обработка. Например, изследователската група на автора използва Nd:YAG микросекундна прецизна лазерна машина за рязане с дължина на вълната 1064n, за да завърши обработката на диамантена радиаторна структура.

 

Ефект от обработката и въздействие: Неговата обработка е придружена от силно термично увреждане. Пиковата мощност на дългоимпулсния микросекунден лазер е няколко киловата, а продължителността на импулса е голяма, което води до дълбока зона на топлинно въздействие. Например, когато се обработва диамант, засегнатата от топлина зона може да достигне 6,8 μm.

 

Наносекунден лазер: заема голям пазарен дял и обработката е термично разрушителна

Предимства и пазарни условия: Наносекундният лазер има предимствата на добра стабилност, ниска цена и кратко време за обработка. Той се използва широко в корпоративното производство и в момента заема голям пазарен дял.

 

Термично въздействие и свързани изследвания: Процесът на наносекундна лазерна аблация обаче е термично разрушителен за пробата, което се проявява макроскопски като голяма зона, засегната от топлината, получена от обработката.

 

Университетът по аеронавтика и астронавтика в Нанкин създаде симулационен модел с крайни елементи на триизмерна движеща се наносекундна импулсна гаусова лазерна аблация на монокристален диамант и получи топлопроводимостта и разпределението на температурата в монокристалния диамант при различни времена на сканиране;

 

Фемтосекунден лазер: висока точност на обработка, но ниска ефективност

Високопрецизни характеристики на обработка: Фемтосекундната лазерна обработка има висока прецизност, може да избегне в най-голяма степен образуването на засегната от топлина зона в рамките на много кратка продължителност на импулса, прецизно обработва повърхностната структура на диаманта с минимално термично увреждане и е по-подходяща за фина обработка на специални диамантени форми. Например фемтосекундният импулсен лазер може да произведе изключително висока плътност на мощността при ниска средна мощност, причинявайки дисоциация на CC ковалентната връзка в диамантената решетка.

 

Проблеми с ефективността и разходите: Ефективността на обработката му обаче е ниска, а скъпата цена и разходите за поддръжка на самия фемтосекунден лазер ограничават насърчаването на методите за обработка. Понастоящем повечето от изследванията върху фемтосекундната лазерна обработка на диаманти остават в лабораторна фаза. В сравнение с наносекундните лазери, фемтосекундната лазерна обработка има по-високо качество на повърхността, но общата скорост на отстраняване на материала е по-ниска. Например Han Yuan et al. изчислява, че скоростта на аблация на фемтосекундните лазери е с два порядъка по-ниска от тази на микросекундните лазери.

 

Накрая

Различните видове лазери имат своите предимства и недостатъци при обработката на диаманти. Изследователите непрекъснато проучват, стремейки се лазерната технология да играе по-голяма роля в областта на обработката на диаманти и да насърчава развитието на свързани индустрии.