Teemant kohtub laseriga: erinevate laseritüüpide töötlemise efektid

Teemantide töötlemine on keeruline ja lasertöötlustehnoloogia pakub lahendust. Lasertöötlustehnoloogia rakendamine teemantide töötlemisel võib saavutada teemandi tõhusa ja ülitäpse töötlemise. Täna vaatleme tohutuid erinevusi töötlusefektides, mis saavutatakse erinevate teemantpinnale mõjuvate laserkiiretüüpidega.

 

Mikrosekundiline laser: lai impulsi laius, sobib töötlemata töötlemiseks

Omadused ja rakendused: mikrosekundilise laserimpulsi laius on lai, tavaliselt sobib töötlemata töötlemiseks. Näiteks kasutas autori uurimisrühm teemantjahutusradiaatori struktuuri töötlemise lõpuleviimiseks Nd:YAG mikrosekundilist täppislaserlõikamismasinat lainepikkusega 1064 nm.

 

Töötlemise efekt ja mõju: selle töötlemisega kaasneb tugev termiline kahjustus. Pika impulsiga mikrosekundilise laseri tippvõimsus on mitu kilovatti ja impulsi kestus pikk, mille tulemuseks on sügav kuumusest mõjutatud tsoon. Näiteks teemandi töötlemisel võib kuumusest mõjutatud tsoon ulatuda 6,8 μm-ni.

 

Nanosekundiline laser: hõivab suure turuosa ja töötlemine on termiliselt hävitav

Eelised ja turutingimused: Nanosekundilise laseri eelisteks on hea stabiilsus, madal hind ja lühike töötlemisaeg. Seda kasutatakse laialdaselt ettevõtete tootmises ja sellel on praegu suur turuosa.

 

Termiline mõju ja sellega seotud uuringud: Nanosekundiline laserablatsiooniprotsess on aga proovi termiliselt hävitav, mis avaldub makroskoopiliselt töötlemisel tekkiva suure kuumusest mõjutatud tsoonina.

 

Nanjingi Aeronautika ja Astronautika Ülikool on loonud monokristallideemandi kolmemõõtmelise liikuva nanosekundilise impulsi Gaussi laserablatsiooni lõplike elementide simulatsioonimudeli ning saavutanud monokristallteemandi soojusjuhtivuse ja temperatuurijaotuse erinevatel skaneerimisaegadel;

 

Femtosekundiline laser: kõrge töötlemise täpsus, kuid madal efektiivsus

Kõrge täpsusega töötlemisomadused: Femtosekundiline lasertöötlus on suure täpsusega, võib vältida kuumusest mõjutatud tsooni teket väga lühikese impulsi kestuse jooksul, töödelda teemandi pinnastruktuuri täpselt minimaalse termilise kahjustusega ja sobib paremini spetsiaalsete teemantkujude peentöötlus. Näiteks femtosekundiline impulsslaser võib madala keskmise võimsusega toota äärmiselt suure võimsustiheduse, põhjustades teemantvõre CC-kovalentse sideme dissotsieerumise.

 

Tõhususe ja kuluprobleemid: selle töötlemise efektiivsus on aga madal ning femtosekundlaseri enda kallid kulud ja hoolduskulud piiravad töötlemismeetodite edendamist. Praegu jääb suurem osa teemandi femtosekundilise lasertöötluse uuringutest laboratoorsesse staadiumisse. Võrreldes nanosekundiliste laseritega on femtosekundi lasertöötlusel kõrgem pinnakvaliteet, kuid üldine materjali eemaldamise kiirus on madalam. Näiteks Han Yuan et al. arvutas, et femtosekundiliste laserite ablatsioonikiirus on kaks suurusjärku madalam kui mikrosekundiliste laserite oma.

 

Lõpuks

Erinevat tüüpi laseritel on teemantide töötlemisel oma eelised ja puudused. Teadlased uurivad pidevalt, püüdes saada lasertehnoloogial teemanditöötlemise valdkonnas suuremat rolli ja edendada sellega seotud tööstusharude arengut.