Lasersko "rezbarenje" dijamanta: osvajanje najtvrđeg materijala svjetlošću
Dijamantje najtvrđa supstanca u prirodi, ali nije samo nakit. Ovaj materijal ima toplotnu provodljivost pet puta veću od bakra, može izdržati ekstremnu toplotu i zračenje, može prenositi svjetlost, izolovati, pa čak i transformisati u poluprovodnik. Međutim, upravo su te "supermoći" ono što čini dijamant "najtežim" materijalom za obradu - tradicionalni alati ga ili ne mogu rezati ili ostavljaju pukotine. Tek pojavom laserske tehnologije ljudi su konačno pronašli ključ za osvajanje ovog "kralja materijala".
Zašto laser može "rezati" dijamant?
Zamislite da koristite lupu za fokusiranje sunčeve svjetlosti kako biste zapalili papir. Princip laserske obrade dijamanta je sličan, ali precizniji. Kada visokoenergetski laserski snop ozrači dijamant, dolazi do mikroskopske "metamorfoze atoma ugljika":
1. Dijamant se pretvara u grafit: Laserska energija mijenja površinsku strukturu dijamanta (sp³) u mekši grafit (sp²), baš kao što se dijamant trenutno "degenerira" u grafit olovke.
2. Grafit se "isparava": sloj grafita sublimira na visokoj temperaturi ili se nagriza kisikom, ostavljajući precizne tragove obrade. 3. Ključni proboj: defekti U teoriji, savršeni dijamant može se obraditi samo ultraljubičastim laserom (talasna dužina <229 nm), ali u stvarnosti, vještački dijamanti uvijek imaju sitne defekte (kao što su nečistoće i granice zrna). Ovi defekti su poput "rupa" koje omogućavaju apsorpciju običnog zelenog svjetla (532 nm) ili infracrvenog lasera (1064 nm). Naučnici čak mogu "narediti" laseru da ureza određeni uzorak na dijamantu regulisanjem distribucije defekata.
Tip lasera: Evolucija od "peći" do "noža za led"
Laserska obrada kombinuje računarske numeričke upravljačke sisteme, napredne optičke sisteme i visokoprecizno i automatizovano pozicioniranje radnih komada kako bi se formirao istraživački i proizvodni procesni centar. Primijenjena na obradu dijamanata, može postići efikasnu i visokopreciznu obradu.
1. Mikrosekundna laserska obrada Širina mikrosekundnog laserskog impulsa je široka i obično je pogodna za grubu obradu. Prije pojave tehnologije zaključavanja moda, laserski impulsi su uglavnom bili u mikrosekundnom i nanosekundnom rasponu. Trenutno postoji malo izvještaja o direktnoj obradi dijamanata mikrosekundnim laserima, a većina njih se fokusira na područje primjene pozadinske obrade.
2. Obrada nanosekundnim laserom Nanosekundni laseri trenutno zauzimaju veliki udio na tržištu i imaju prednosti dobre stabilnosti, niske cijene i kratkog vremena obrade. Široko se koriste u korporativnoj proizvodnji. Međutim, proces ablacije nanosekundnim laserom je termički destruktivan za uzorak, a makroskopska manifestacija je da obrada proizvodi veliku zonu utjecaja topline.
3. Pikosekundna laserska obrada Pikosekundna laserska obrada se nalazi između nanosekundne laserske termičke ravnotežne ablacije i femtosekundne laserske hladne obrade. Trajanje impulsa je značajno smanjeno, što uveliko smanjuje oštećenja uzrokovana zonom uticaja toplote.
4. Obrada femtosekundnim laserom Ultrabrza laserska tehnologija donosi mogućnosti za finu obradu dijamanata, ali visoki troškovi i troškovi održavanja femtosekundnih lasera ograničavaju promociju metoda obrade. Trenutno, većina srodnih istraživanja ostaje u laboratorijskoj fazi.
Zaključak
Od "nemogućnosti rezanja" do "rezbarenja po volji", laserska tehnologija je napraviladijamant više nije "vaza" zarobljena u laboratoriji. S razvojem tehnologije, u budućnosti bismo mogli vidjeti: dijamantske komadiće koji rasipaju toplinu u mobilnim telefonima, kvantne računare koji koriste dijamante za pohranjivanje informacija, pa čak i dijamantske biosenzore implantirane u ljudsko tijelo... Ovaj ples svjetlosti i dijamanata mijenja naše živote.