Алмаз зустрічається з лазером: розкрито ефекти обробки різних типів лазерів

Обробка алмазів складна, і технологія лазерної обробки є рішенням. Застосування лазерної технології обробки алмазів може досягти ефективної та високоточної обробки алмазу. Сьогодні давайте подивимося на величезні відмінності в ефектах обробки, досягнутих різними типами лазерного променя, що діє на алмазну поверхню.

 

Мікросекундний лазер: широка ширина імпульсу, підходить для грубої обробки

Характеристики та застосування: ширина мікросекундного лазерного імпульсу широка, зазвичай підходить для грубої обробки. Наприклад, дослідницька група автора використовувала Nd:YAG мікросекундну точну лазерну машину для різання з довжиною хвилі 1064 нм для завершення обробки алмазної структури радіатора.

 

Ефект обробки та вплив: Його обробка супроводжується сильним термічним пошкодженням. Пікова потужність довгоімпульсного мікросекундного лазера становить кілька кіловат, а тривалість імпульсу велика, що призводить до глибокої зони теплового впливу. Наприклад, при обробці алмазу зона термічного впливу може досягати 6,8 мкм.

 

Наносекундний лазер: займає велику частку ринку, а обробка є термічно руйнівною

Переваги та ринкові умови: Наносекундний лазер має такі переваги, як хороша стабільність, низька вартість і короткий час обробки. Він широко використовується у виробництві підприємств і в даний час займає велику частку ринку.

 

Термічний вплив і пов’язані з ним дослідження: однак процес наносекундної лазерної абляції є термічно руйнівним для зразка, що проявляється макроскопічно у вигляді великої зони теплового впливу, утвореної під час обробки.

 

Нанкінський університет аеронавтики та астронавтики створив кінцево-елементну імітаційну модель тривимірної рухомої наносекундної імпульсної гаусової лазерної абляції монокристалічного алмазу та отримав теплопровідність і розподіл температури в монокристалічному алмазі за різного часу сканування;

 

Фемтосекундний лазер: висока точність обробки, але низька ефективність

Характеристики високої точності обробки: фемтосекундна лазерна обробка має високу точність, дозволяє максимально уникнути утворення зони теплового впливу в межах дуже короткої тривалості імпульсу, точно обробляти структуру поверхні алмазу з мінімальними термічними пошкодженнями та більше підходить для тонка обробка спеціальних алмазних форм. Наприклад, фемтосекундний імпульсний лазер може виробляти надзвичайно високу щільність потужності при низькій середній потужності, викликаючи дисоціацію ковалентного зв’язку CC у алмазній решітці.

 

Проблеми з ефективністю та вартістю: однак ефективність його обробки низька, а висока вартість і вартість обслуговування самого фемтосекундного лазера обмежують просування методів обробки. В даний час велика частина досліджень фемтосекундної лазерної обробки алмазу залишається на лабораторній стадії. Порівняно з наносекундними лазерами фемтосекундна лазерна обробка має вищу якість поверхні, але загальна швидкість видалення матеріалу нижча. Наприклад, Han Yuan та ін. підраховано, що швидкість абляції фемтосекундних лазерів на два порядки менша, ніж у мікросекундних лазерів.

 

Нарешті

Різні типи лазерів мають свої переваги та недоліки в обробці алмазів. Дослідники постійно досліджують, прагнучи зробити так, щоб лазерна технологія відігравала більшу роль у сфері обробки алмазів і сприяла розвитку суміжних галузей.