Lazerinis deimanto „drožyba“: kiečiausios medžiagos įveikimas šviesa
Deimantasyra kiečiausia medžiaga gamtoje, bet tai ne tik papuošalai. Šios medžiagos šilumos laidumas yra penkis kartus didesnis nei vario, ji gali atlaikyti itin didelį karštį ir spinduliuotę, praleisti šviesą, izoliuoti ir netgi gali būti paversta puslaidininkiu. Tačiau būtent šios „supergalios“ deimantą paverčia „sunkiausiai“ apdorojama medžiaga – tradiciniai įrankiai jo arba negali pjauti, arba nepalieka įtrūkimų. Tik atsiradus lazerinėms technologijoms, žmonės pagaliau rado raktą, kaip užkariauti šį „medžiagų karalių“.
Kodėl lazeriu galima „pjauti“ deimantą?
Įsivaizduokite, kad naudojate didinamąjį stiklą, kad sufokusuotumėte saulės šviesą ir taip uždegtumėte popierių. Deimantų lazerinio apdirbimo principas yra panašus, bet tikslesnis. Kai didelės energijos lazerio spindulys apšviečia deimantą, įvyksta mikroskopinė „anglies atomo metamorfozė“:
1. Deimantas virsta grafitu: lazerio energija pakeičia paviršiaus deimanto struktūrą (sp³) į minkštesnį grafitą (sp²), lygiai taip pat, kaip deimantas akimirksniu „susigimsta“ į pieštuko šerdį.
2. Grafitas „išgaruoja“: grafito sluoksnis sublimuojasi aukštoje temperatūroje arba yra ėsdinamas deguonimi, palikdamas tikslius apdirbimo žymes. 3. Pagrindinis proveržis: defektai Teoriškai tobulą deimantą galima apdirbti tik ultravioletiniu lazeriu (bangos ilgis <229 nm), tačiau iš tikrųjų dirbtiniai deimantai visada turi mažyčių defektų (pvz., priemaišų ir grūdelių ribų). Šie defektai yra tarsi „skylės“, kurios leidžia sugerti įprastą žalią šviesą (532 nm) arba infraraudonųjų spindulių lazerį (1064 nm). Mokslininkai netgi gali „komanduoti“ lazeriui išraižyti konkretų raštą ant deimanto, reguliuodami defektų pasiskirstymą.
Lazerio tipas: evoliucija nuo „krosnies“ iki „ledo peilio“
Lazerinis apdirbimas sujungia kompiuterines skaitmeninio valdymo sistemas, pažangias optines sistemas ir didelio tikslumo bei automatizuotą ruošinių pozicionavimą, kad būtų sukurtas tyrimų ir gamybos apdorojimo centras. Taikant deimantų apdirbimą, galima pasiekti efektyvų ir didelio tikslumo apdirbimą.
1. Mikrosekundinis lazerinis apdorojimas Mikrosekundinio lazerio impulsų plotis yra platus ir paprastai tinka grubiam apdorojimui. Prieš atsirandant režimų fiksavimo technologijai, lazerio impulsai dažniausiai buvo mikrosekundžių ir nanosekundžių diapazone. Šiuo metu yra nedaug pranešimų apie tiesioginį deimantų apdirbimą mikrosekundiniais lazeriais, ir dauguma jų yra skirti galinio apdorojimo taikymo sričiai.
2. Nanosekundinis lazerinis apdorojimas Nanosekundiniai lazeriai šiuo metu užima didelę rinkos dalį ir pasižymi geru stabilumu, maža kaina ir trumpu apdorojimo laiku. Jie plačiai naudojami įmonių gamyboje. Tačiau nanosekundinio lazerio abliacijos procesas termiškai pažeidžia mėginį, o makroskopinė jo apraiška yra ta, kad apdorojimo metu susidaro didelė karščio paveikta zona.
3. Pikosekundinis lazerinis apdorojimas Pikosekundinis lazerinis apdorojimas yra tarpinis metodas nei nanosekundinis lazerinis terminės pusiausvyros apdorojimas ir femtosekundinis lazerinis šaltasis apdorojimas. Impulso trukmė yra žymiai sutrumpinta, o tai labai sumažina karščio paveiktos zonos padarytą žalą.
4. Femtosekundinis lazerinis apdorojimas. Itin sparčioji lazerinė technologija suteikia galimybių tiksliai apdirbti deimantus, tačiau didelė femtosekundinių lazerių kaina ir priežiūros išlaidos riboja apdorojimo metodų populiarinimą. Šiuo metu dauguma susijusių tyrimų vis dar yra laboratorinėje stadijoje.
Išvada
Nuo „negalėjimo pjauti“ iki „drožti savo nuožiūra“ – lazerių technologijadeimantas nebe „vaza“, įstrigusi laboratorijoje. Tobulėjant technologijoms, ateityje galime pamatyti: deimantinius lustai išsklaido šilumą mobiliuosiuose telefonuose, kvantinius kompiuterius, naudojančius deimantus informacijai saugoti, ir net deimantinius biosensorius, implantuotus į žmogaus kūną... Šis šviesos ir deimantų šokis keičia mūsų gyvenimus.