Diamant ontmoet laser: de verwerkingseffecten van verschillende lasertypen onthuld

Diamantbewerking is moeilijk en laserbewerkingstechnologie biedt een oplossing. Door laserverwerkingstechnologie toe te passen op de diamantverwerking kan een efficiënte en uiterst nauwkeurige verwerking van diamant worden bereikt. Laten we vandaag eens kijken naar de enorme verschillen in de verwerkingseffecten die worden bereikt door verschillende soorten laserstralen die op het diamantoppervlak inwerken.

 

Microsecondelaser: brede pulsbreedte, geschikt voor ruwe verwerking

Kenmerken en toepassingen: De microseconde-laserpulsbreedte is breed, meestal geschikt voor ruwe verwerking. De onderzoeksgroep van de auteur gebruikte bijvoorbeeld een Nd:YAG microseconde-precisielasersnijmachine met een golflengte van 1064 nm om de verwerking van de diamanten koellichaamstructuur te voltooien.

 

Verwerkingseffect en impact: De verwerking ervan gaat gepaard met sterke thermische schade. Het piekvermogen van de microsecondelaser met lange pulsen bedraagt ​​enkele kilowatt en de pulsduur is lang, wat resulteert in een diepe, door hitte beïnvloede zone. Bij het verwerken van diamant kan de door hitte beïnvloede zone bijvoorbeeld 6,8 ​​μm bereiken.

 

Nanosecondelaser: heeft een groot marktaandeel en de verwerking is thermisch destructief

Voordelen en marktomstandigheden: Nanosecondelaser heeft de voordelen van goede stabiliteit, lage kosten en korte verwerkingstijd. Het wordt veel gebruikt in de bedrijfsproductie en heeft momenteel een groot marktaandeel.

 

Thermische invloed en gerelateerd onderzoek: Het laserablatieproces van nanoseconden is echter thermisch destructief voor het monster, wat zich macroscopisch manifesteert als een grote door hitte beïnvloede zone die door de verwerking wordt geproduceerd.

 

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics heeft een eindige-elementensimulatiemodel opgesteld van driedimensionale bewegende nanosecondenpuls Gaussiaanse laserablatie van monokristallijne diamant, en de warmtegeleiding en temperatuurverdeling in de monokristallijne diamant verkregen onder verschillende scantijden;

 

Femtoseconde laser: hoge verwerkingsnauwkeurigheid, maar lage efficiëntie

Zeer nauwkeurige verwerkingseigenschappen: Femtoseconde-laserverwerking heeft een hoge precisie, kan de vorming van een door hitte beïnvloede zone binnen een zeer korte pulsduur voor het grootste deel vermijden, de oppervlaktestructuur van diamant nauwkeurig verwerken met minimale thermische schade, en is meer geschikt voor fijne verwerking van bijzondere diamantvormen. Een femtoseconde-pulslaser kan bijvoorbeeld een extreem hoge vermogensdichtheid produceren bij een laag gemiddeld vermogen, waardoor de covalente CC-binding in het diamantrooster dissocieert.

 

Efficiëntie- en kostenproblemen: de verwerkingsefficiëntie is echter laag, en de dure kosten en onderhoudskosten van de femtosecondelaser zelf beperken de promotie van verwerkingsmethoden. Momenteel bevindt het grootste deel van het onderzoek naar femtoseconde-laserverwerking van diamant zich in de laboratoriumfase. Vergeleken met nanosecondelasers heeft femtoseconde-laserverwerking een hogere oppervlaktekwaliteit, maar de totale materiaalverwijderingssnelheid is lager. Han Yuan et al. berekende dat de ablatiesnelheid van femtoseconde-lasers twee ordes van grootte lager is dan die van microseconde-lasers.

 

Eindelijk

Verschillende soorten lasers hebben hun eigen voor- en nadelen bij diamantbewerking. Onderzoekers zijn voortdurend bezig met onderzoek en streven ernaar om lasertechnologie een grotere rol te laten spelen op het gebied van diamantverwerking en de ontwikkeling van aanverwante industrieën te bevorderen.