Diamant sa stretáva s laserom: Odhalené efekty spracovania rôznych typov laserov

Spracovanie diamantov je náročné a riešenie poskytuje technológia laserového spracovania. Aplikácia technológie laserového spracovania na spracovanie diamantov môže dosiahnuť efektívne a vysoko presné spracovanie diamantu. Dnes sa pozrime na obrovské rozdiely v efektoch spracovania dosahovaných rôznymi typmi laserových lúčov pôsobiacich na povrch diamantu.

 

Mikrosekundový laser: široká šírka pulzu, vhodný na hrubé spracovanie

Vlastnosti a aplikácie: Šírka mikrosekundového laserového pulzu je široká, zvyčajne vhodná na hrubé spracovanie. Napríklad výskumná skupina autora použila Nd:YAG mikrosekundový presný laserový rezací stroj s vlnovou dĺžkou 1064 nm na dokončenie spracovania štruktúry diamantového chladiča.

 

Efekt spracovania a vplyv: Jeho spracovanie je sprevádzané silným tepelným poškodením. Špičkový výkon mikrosekundového lasera s dlhým pulzom je niekoľko kilowattov a dĺžka pulzu je dlhá, čo vedie k hlbokej tepelne ovplyvnenej zóne. Napríklad pri spracovaní diamantu môže tepelne ovplyvnená zóna dosiahnuť 6,8μm.

 

Nanosekundový laser: zaberá veľký podiel na trhu a spracovanie je tepelne deštruktívne

Výhody a trhové podmienky: Nanosekundový laser má výhody dobrej stability, nízkej ceny a krátkeho času spracovania. Je široko používaný v podnikovej výrobe a v súčasnosti zaberá veľký podiel na trhu.

 

Tepelný vplyv a súvisiaci výskum: Proces nanosekundovej laserovej ablácie je však pre vzorku tepelne deštruktívny, čo sa makroskopicky prejavuje ako veľká tepelne ovplyvnená zóna vytvorená spracovaním.

 

Univerzita letectva a astronautiky v Nanjing vytvorila model simulácie konečných prvkov trojrozmerného pohyblivého nanosekundového impulzu gaussovskej laserovej ablácie monokryštálového diamantu a získala vedenie tepla a distribúciu teploty v monokryštálovom diamante pri rôznych časoch skenovania;

 

Femtosekundový laser: vysoká presnosť spracovania, ale nízka účinnosť

Vysoko presné charakteristiky spracovania: Spracovanie femtosekundovým laserom má vysokú presnosť, môže sa vyhnúť tvorbe tepelne ovplyvnenej zóny v rámci veľmi krátkeho trvania impulzu, presne spracuje povrchovú štruktúru diamantu s minimálnym tepelným poškodením a je vhodnejšie pre jemné spracovanie špeciálnych diamantových tvarov. Napríklad femtosekundový pulzný laser môže produkovať extrémne vysokú hustotu výkonu pri nízkom priemernom výkone, čo spôsobuje disociáciu CC kovalentnej väzby v diamantovej mriežke.

 

Problémy s účinnosťou a nákladmi: Účinnosť jeho spracovania je však nízka a drahé náklady a náklady na údržbu samotného femtosekundového lasera obmedzujú propagáciu metód spracovania. V súčasnosti zostáva väčšina výskumu spracovania diamantu femtosekundovým laserom v laboratórnom štádiu. V porovnaní s nanosekundovými lasermi má spracovanie femtosekundovým laserom vyššiu kvalitu povrchu, ale celková miera úberu materiálu je nižšia. Napríklad Han Yuan a kol. vypočítali, že rýchlosť ablácie femtosekundových laserov je o dva rády nižšia ako rýchlosť mikrosekundových laserov.

 

Konečne

Rôzne typy laserov majú pri spracovaní diamantov svoje výhody a nevýhody. Výskumníci neustále skúmajú a snažia sa, aby laserová technológia zohrávala väčšiu úlohu v oblasti spracovania diamantov a podporovala rozvoj súvisiacich odvetví.