Встреча алмаза с лазером: раскрыты эффекты обработки различными типами лазеров

Обработка алмазов сложна, и технология лазерной обработки предлагает решение. Применение технологии лазерной обработки при обработке алмазов позволяет добиться эффективной и высокоточной обработки алмазов. Сегодня давайте посмотрим на огромные различия в эффектах обработки, достигаемых различными типами лазерных лучей, воздействующих на поверхность алмаза.

 

Микросекундный лазер: широкая ширина импульса, подходит для грубой обработки.

Особенности и применение: Ширина микросекундного лазерного импульса широка, обычно подходит для грубой обработки. Например, исследовательская группа автора использовала станок микросекундной прецизионной лазерной резки Nd:YAG с длиной волны 1064 нм для завершения обработки структуры алмазного радиатора.

 

Эффект и воздействие обработки: Его обработка сопровождается сильными термическими повреждениями. Пиковая мощность длинноимпульсного микросекундного лазера составляет несколько киловатт, а длительность импульса большая, что приводит к образованию глубокой зоны термического влияния. Например, при обработке алмаза зона термического влияния может достигать 6,8 мкм.

 

Наносекундный лазер: занимает большую долю рынка, а обработка термически разрушительна.

Преимущества и рыночные условия: Наносекундный лазер обладает преимуществами хорошей стабильности, низкой стоимости и короткого времени обработки. Он широко используется в промышленном производстве и в настоящее время занимает большую долю рынка.

 

Термическое воздействие и связанные с ним исследования. Однако процесс наносекундной лазерной абляции является термически разрушительным для образца, что макроскопически проявляется в виде большой зоны термического воздействия, образующейся в результате обработки.

 

Нанкинский университет аэронавтики и космонавтики разработал модель конечно-элементного моделирования трехмерной движущейся наносекундной импульсной гауссовской лазерной абляции монокристаллического алмаза и получил распределение теплопроводности и температуры в монокристаллическом алмазе при различном времени сканирования;

 

Фемтосекундный лазер: высокая точность обработки, но низкая эффективность

Характеристики высокоточной обработки: фемтосекундная лазерная обработка имеет высокую точность, позволяет в наибольшей степени избежать образования зоны термического влияния в течение очень короткой длительности импульса, точно обрабатывать поверхностную структуру алмаза с минимальными термическими повреждениями и больше подходит для тонкая обработка алмазов специальной формы. Например, фемтосекундный импульсный лазер может производить чрезвычайно высокую плотность мощности при низкой средней мощности, вызывая диссоциацию ковалентной связи CC в решетке алмаза.

 

Проблемы эффективности и стоимости: однако эффективность обработки низкая, а высокая стоимость и стоимость обслуживания самого фемтосекундного лазера ограничивают продвижение методов обработки. В настоящее время большая часть исследований по фемтосекундной лазерной обработке алмаза остается на лабораторной стадии. По сравнению с наносекундными лазерами обработка фемтосекундным лазером имеет более высокое качество поверхности, но общая скорость удаления материала ниже. Например, Хань Юань и др. подсчитали, что скорость абляции фемтосекундных лазеров на два порядка ниже, чем у микросекундных лазеров.

 

Окончательно

Различные типы лазеров имеют свои преимущества и недостатки при обработке алмазов. Исследователи постоянно ведут исследования, стремясь к тому, чтобы лазерные технологии играли большую роль в сфере обработки алмазов и способствовали развитию смежных отраслей.