Diamant möter laser: Bearbetningseffekterna av olika lasertyper avslöjas

Diamantbearbetning är svårt, och laserbearbetningsteknik ger en lösning. Att tillämpa laserbearbetningsteknik på diamantbearbetning kan uppnå effektiv och högprecisionsbearbetning av diamant. Låt oss idag ta en titt på de enorma skillnaderna i bearbetningseffekterna som uppnås av olika laserstråletyper som verkar på diamantytan.

 

Mikrosekundlaser: bred pulsbredd, lämplig för grov bearbetning

Funktioner och tillämpningar: Mikrosekundlaserpulsbredden är bred, vanligtvis lämplig för grov bearbetning. Till exempel använde författarens forskargrupp en Nd:YAG mikrosekund precisionslaserskärmaskin med en våglängd på 1064nm för att slutföra bearbetningen av diamantkylflänsstrukturen.

 

Bearbetningseffekt och påverkan: Dess bearbetning åtföljs av stark termisk skada. Toppeffekten för den långpulsade mikrosekundlasern är flera kilowatt och pulslängden är lång, vilket resulterar i en djup värmepåverkad zon. Till exempel, vid bearbetning av diamant, kan den värmepåverkade zonen nå 6,8 μm.

 

Nanosekundlaser: tar en stor marknadsandel och bearbetningen är termiskt destruktiv

Fördelar och marknadsförhållanden: Nanosekundlaser har fördelarna med god stabilitet, låg kostnad och kort bearbetningstid. Det används ofta i företagsproduktion och upptar för närvarande en stor marknadsandel.

 

Termisk påverkan och relaterad forskning: Emellertid är nanosekundlaserablationsprocessen termiskt destruktiv för provet, vilket manifesteras makroskopiskt som en stor värmepåverkad zon som produceras av bearbetningen.

 

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics har etablerat en finita element-simuleringsmodell av tredimensionell rörlig nanosekundpuls Gaussisk laserablation av enkristalldiamant, och erhållit värmeledning och temperaturfördelning i enkristalldiamanten under olika skanningstider;

 

Femtosekundlaser: hög bearbetningsnoggrannhet, men låg effektivitet

Bearbetningsegenskaper med hög precision: Femtosekundlaserbearbetning har hög precision, kan undvika bildandet av värmepåverkad zon i största utsträckning inom en mycket kort pulslängd, noggrant bearbeta diamantens ytstruktur med minimal termisk skada och är mer lämplig för finbearbetning av speciella diamantformer. Till exempel kan femtosekundspulslaser producera extremt hög effekttäthet vid en låg medeleffekt, vilket får den kovalenta CC-bindningen i diamantgittret att dissociera.

 

Effektivitets- och kostnadsfrågor: Emellertid är dess bearbetningseffektivitet låg, och de dyra kostnaderna och underhållskostnaderna för själva femtosekundlasern begränsar främjandet av bearbetningsmetoder. För närvarande finns det mesta av forskningen om femtosekundlaserbearbetning av diamant kvar i laboratoriestadiet. Jämfört med nanosekundlasrar har femtosekundlaserbehandling högre ytkvalitet, men den totala materialavlägsningshastigheten är lägre. Till exempel, Han Yuan et al. beräknat att ablationshastigheten för femtosekundslasrar är två storleksordningar lägre än den för mikrosekundslasrar.

 

Slutligen

Olika typer av lasrar har sina egna fördelar och nackdelar vid diamantbearbetning. Forskare utforskar ständigt och strävar efter att få laserteknik att spela en större roll inom diamantbearbetning och främja utvecklingen av relaterade industrier.