Лазерная «разьба» па алмазах: пераадоленне самага цвёрдага матэрыялу з дапамогай святла

Алмаз— самае цвёрдае рэчыва ў прыродзе, але гэта не толькі ювелірныя вырабы. Гэты матэрыял мае цеплаправоднасць у пяць разоў хутчэйшую за медзь, можа вытрымліваць моцную спякоту і выпраменьванне, прапускаць святло, ізаляваць і нават ператварацца ў паўправаднік. Аднак менавіта гэтыя «звышздольнасці» робяць алмаз «найбольш складаным» матэрыялам для апрацоўкі — традыцыйныя інструменты альбо не могуць яго разрэзаць, альбо пакінуць расколіны. Толькі з з'яўленнем лазерных тэхналогій чалавецтва нарэшце знайшло ключ да пераадолення гэтага «караля матэрыялаў».

Чаму лазер можа «рэзаць» алмаз?

Уявіце, што вы выкарыстоўваеце павелічальнае шкло, каб факусаваць сонечнае святло і запаліць паперу. Прынцып лазернай апрацоўкі алмазаў падобны, але больш дакладны. Калі высокаэнергетычны лазерны прамень апраменьвае алмаз, адбываецца мікраскапічная «метамарфоза атама вугляроду»:

1. Алмаз ператвараецца ў графіт: лазерная энергія змяняе павярхоўную структуру алмаза (sp³) на больш мяккі графіт (sp²), гэтак жа, як алмаз імгненна «перараджаецца» ў грыфель алоўка.

2. Графіт «выпараецца»: графітавы пласт сублімуецца пры высокай тэмпературы або пратраўліваецца кіслародам, пакідаючы дакладныя сляды апрацоўкі. 3. Ключавы прарыў: дэфекты Тэарэтычна ідэальны алмаз можна апрацаваць толькі ультрафіялетавым лазерам (даўжыня хвалі <229 нм), але на самой справе штучныя алмазы заўсёды маюць малюсенькія дэфекты (напрыклад, прымешкі і межы зерняў). Гэтыя дэфекты падобныя на «дзіркі», якія дазваляюць звычайнаму зялёнаму святлу (532 нм) або інфрачырвонаму лазеру (1064 нм) паглынацца. Навукоўцы могуць нават «загадаць» лазеру выразаць пэўны ўзор на алмазе, рэгулюючы размеркаванне дэфектаў.

Тып лазера: эвалюцыя ад «печы» да «ледзянога нажа»

Лазерная апрацоўка спалучае ў сабе камп'ютэрныя сістэмы лікавага кіравання, перадавыя аптычныя сістэмы і высокадакладнае і аўтаматызаванае пазіцыянаванне дэталяў, утвараючы даследчы і вытворчы апрацоўчы цэнтр. Ужываючы яе для апрацоўкі алмазаў, яна можа дасягнуць эфектыўнай і высокадакладнай апрацоўкі.

1. Мікрасекундная лазерная апрацоўка Мікрасекундны лазерны імпульс мае шырыню і звычайна падыходзіць для грубай апрацоўкі. Да з'яўлення тэхналогіі сінхранізацыі мод лазерныя імпульсы ў асноўным мелі мікрасекундны і нанасекундны дыяпазон. У цяперашні час існуе няшмат паведамленняў аб непасрэднай апрацоўцы алмазаў мікрасекунднымі лазерамі, і большасць з іх сканцэнтравана на вобласці прымянення для апрацоўкі на заднім краі.

2. Апрацоўка нанасекундным лазерам Нанасекундныя лазеры ў цяперашні час займаюць значную долю рынку і маюць такія перавагі, як добрая стабільнасць, нізкі кошт і кароткі час апрацоўкі. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў прадпрыемстве. Аднак працэс нанасекунднай лазернай абляцыі тэрмічна разбурае ўзор, і макраскапічным праяўленнем з'яўляецца ўтварэнне вялікай зоны цеплавога ўздзеяння ў выніку апрацоўкі.

3. Пікасекундная лазерная апрацоўка Пікасекундная лазерная апрацоўка знаходзіцца паміж нанасекунднай лазернай тэрмічнай раўнаважнай абляцыяй і фемтасекунднай лазернай халоднай апрацоўкай. Працягласць імпульсу значна скарачаецца, што значна памяншае пашкоджанні, выкліканыя зонай цеплавога ўздзеяння.

4. Фемтасекундная лазерная апрацоўка Тэхналогія ультрахуткага лазера адкрывае магчымасці для тонкай апрацоўкі алмазаў, але высокі кошт і выдаткі на абслугоўванне фемтасекундных лазераў абмяжоўваюць развіццё метадаў апрацоўкі. У цяперашні час большасць адпаведных даследаванняў застаюцца на лабараторнай стадыі.

Выснова

Лазерная тэхналогія ператварыла яго з «немагчымасці рэзаць» у «выразаць па жаданні»дыямент ужо не «ваза», зачыненая ў лабараторыі. З развіццём тэхналогій у будучыні мы можам убачыць: алмазныя чыпсы, якія рассейваюць цяпло ў мабільных тэлефонах, квантавыя кампутары, якія выкарыстоўваюць алмазы для захоўвання інфармацыі, і нават алмазныя біясенсары, імплантаваныя ў цела чалавека... Гэты танец святла і алмазаў змяняе наша жыццё.