Ласерско „резбање“ на дијамант: освојување на најтврдиот материјал со светлина

Дијаманте најтврдата супстанца во природата, но не е само накит. Овој материјал има топлинска спроводливост пет пати побрза од бакарот, може да издржи екстремна топлина и зрачење, може да пренесува светлина, да изолира, па дури и може да се трансформира во полупроводник. Сепак, токму овие „супермоќи“ го прават дијамантот „најтешкиот“ материјал за обработка - традиционалните алатки или не можат да го сечат или оставаат пукнатини. Дури со доаѓањето на ласерската технологија луѓето конечно пронајдоа клуч за освојување на овој „крал на материјалите“.

Зошто ласер може да „сече“ дијамант?

Замислете како користите лупа за да ја фокусирате сончевата светлина за да запалите хартија. Принципот на ласерска обработка на дијамантот е сличен, но попрецизен. Кога високоенергетски ласерски зрак озрачува дијамант, се случува микроскопска „метаморфоза на јаглероден атом“:

1. Дијамантот се претвора во графит: Ласерската енергија ја менува површинската структура на дијамантот (sp³) во помек графит (sp²), исто како што дијамантот веднаш „дегенерира“ во моливче.

2. Графитот се „испарува“: графитниот слој сублимира на висока температура или се гравира со кислород, оставајќи прецизни траги од обработката. 3. Клучен пробив: дефекти Во теорија, совршениот дијамант може да се обработи само со ултравиолетов ласер (бранова должина <229 nm), но во реалноста, вештачките дијаманти секогаш имаат мали дефекти (како што се нечистотии и граници на зрната). Овие дефекти се како „дупки“ што овозможуваат апсорпција на обична зелена светлина (532 nm) или инфрацрвен ласер (1064 nm). Научниците дури можат да му „наредат“ на ласерот да издлаби специфичен образец на дијамантот со регулирање на распределбата на дефектите.

Тип на ласер: Еволуција од „печка“ до „нож за мраз“

Ласерската обработка комбинира компјутерски нумерички системи за контрола, напредни оптички системи и високопрецизно и автоматизирано позиционирање на обработениот дел за да формира центар за истражување и производство. Применета за обработка на дијаманти, може да се постигне ефикасна и високопрецизна обработка.

1. Микросекундна обработка со ласер Ширината на микросекундниот ласерски импулс е широка и обично е погодна за груба обработка. Пред појавата на технологијата за заклучување на режими, ласерските импулси беа претежно во опсегот на микросекунди и наносекунди. Во моментов, има малку извештаи за директна дијамантска обработка со микросекундни ласери, а повеќето од нив се фокусираат на полето на примена на back-end обработка.

2. Наносекундна обработка со ласер Наносекундните ласери моментално заземаат голем пазарен удел и имаат предности како добра стабилност, ниска цена и кратко време на обработка. Тие се широко користени во корпоративното производство. Сепак, процесот на наносекундна ласерска аблација е термички деструктивен за примерокот, а макроскопската манифестација е дека обработката произведува голема зона погодена од топлина.

3. Пикосекундна ласерска обработка Пикосекундната ласерска обработка е помеѓу наносекундна ласерска термичка рамнотежна аблација и фемтосекундна ласерска ладна обработка. Времетраењето на пулсот е значително намалено, што значително ја намалува штетата предизвикана од зоната погодена од топлина.

4. Фемтосекундна ласерска обработка Ултрабрзата ласерска технологија нуди можности за фина обработка на дијаманти, но високата цена и трошоците за одржување на фемтосекундните ласери ја ограничуваат промоцијата на методите за обработка. Во моментов, повеќето поврзани истражувања се во лабораториска фаза.

Заклучок

Од „неможност за сечење“ до „резбање по желба“, ласерската технологија направидијамант повеќе не е „вазна“ заробена во лабораторија. Со развојот на технологијата, во иднина може да видиме: дијамантски чипови што ја распрснуваат топлината во мобилните телефони, квантни компјутери што користат дијаманти за складирање информации, па дури и дијамантски биосензори имплантирани во човечкото тело… Овој танц на светлина и дијаманти ги менува нашите животи.