Lazerle elmas "oyma": Işıkla en sert malzemeyi fethetme
ElmasDoğanın en sert maddesi olan elmas, sadece mücevheratla sınırlı değil. Bu malzeme, bakırdan beş kat daha hızlı ısı iletkenliğine sahip, aşırı ısıya ve radyasyona dayanıklı, ışığı iletebilen, yalıtım yapabilen ve hatta yarı iletken haline dönüştürülebilen bir malzemedir. Ancak, elmasın işlenmesini "en zor" malzeme yapan da bu "süper güçleridir" – geleneksel aletler ya onu kesemez ya da çatlaklar bırakır. İnsanlar, lazer teknolojisinin ortaya çıkışına kadar bu "malzemelerin kralını" alt etmenin yolunu bulamamıştı.
Lazer neden elmasları "kesebilir"?
Büyüteç kullanarak güneş ışığını odaklayıp kağıdı tutuşturmayı hayal edin. Elmasın lazerle işlenmesinin prensibi de benzer, ancak daha hassastır. Yüksek enerjili bir lazer ışını elmasa çarptığında, mikroskobik bir "karbon atomu metamorfozu" meydana gelir:
1. Elmas grafite dönüşüyor: Lazer enerjisi, tıpkı bir elmasın anında kurşun kalem ucuna "dönüşmesi" gibi, yüzeydeki elmas yapısını (sp³) daha yumuşak grafite (sp²) dönüştürüyor.
2. Grafit “buharlaştırılır”: grafit tabakası yüksek sıcaklıkta süblimleşir veya oksijenle aşındırılarak hassas işlem izleri bırakır. 3. Önemli atılım: kusurlar Teoride, mükemmel elmas yalnızca ultraviyole lazer (dalga boyu <229 nm) ile işlenebilir, ancak gerçekte yapay elmaslarda her zaman küçük kusurlar (safsızlıklar ve tane sınırları gibi) bulunur. Bu kusurlar, sıradan yeşil ışığın (532 nm) veya kızılötesi lazerin (1064 nm) emilmesine izin veren “delikler” gibidir. Bilim insanları, kusur dağılımını düzenleyerek lazeri elmas üzerinde belirli bir deseni oymak için “komut” bile verebilirler.
Lazer türü: "Fırından" "buz bıçağına" evrim
Lazer işleme, bilgisayar kontrollü sayısal sistemleri, gelişmiş optik sistemleri ve yüksek hassasiyetli ve otomatik iş parçası konumlandırmayı bir araya getirerek bir araştırma ve üretim işleme merkezi oluşturur. Elmas işleme alanında uygulandığında, verimli ve yüksek hassasiyetli işleme sağlayabilir.
1. Mikrosaniye Lazer İşleme: Mikrosaniye lazer darbelerinin genişliği geniştir ve genellikle kaba işleme için uygundur. Mod kilitleme teknolojisinin ortaya çıkmasından önce, lazer darbeleri çoğunlukla mikrosaniye ve nanosaniye aralığındaydı. Şu anda, mikrosaniye lazerlerle doğrudan elmas işleme üzerine az sayıda rapor bulunmaktadır ve bunların çoğu arka uç işleme uygulama alanına odaklanmaktadır.
2. Nanosecond Lazer İşleme Nanosecond lazerler şu anda büyük bir pazar payına sahip olup, iyi kararlılık, düşük maliyet ve kısa işlem süresi avantajlarına sahiptir. İşletme üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bununla birlikte, nanosecond lazer aşındırma işlemi numuneye termal olarak zarar verir ve makroskopik olarak büyük bir ısıdan etkilenen bölge oluşturur.
3. Pikosan saniye lazer işleme: Pikosan saniye lazer işleme, nanosaniye lazer termal denge ablasyonu ile femtosaniye lazer soğuk işleme arasında yer alır. Darbe süresi önemli ölçüde azaltılır, bu da ısıdan etkilenen bölgenin neden olduğu hasarı büyük ölçüde azaltır.
4. Femtosaniye Lazer İşleme: Ultra hızlı lazer teknolojisi, elmasın hassas işlenmesi için fırsatlar sunmaktadır; ancak femtosaniye lazerlerin yüksek maliyeti ve bakım maliyeti, işleme yöntemlerinin yaygınlaşmasını sınırlamaktadır. Şu anda, ilgili araştırmaların çoğu laboratuvar aşamasındadır.
Çözüm
Lazer teknolojisi, "kesme imkansızlığından" "istediğiniz gibi oymaya" kadar birçok şeyi mümkün kıldı.elmas Artık laboratuvarda hapsolmuş bir "vazo" değil. Teknolojinin ilerlemesiyle gelecekte şunları görebiliriz: cep telefonlarında ısıyı dağıtan elmas çipler, bilgiyi depolamak için elmas kullanan kuantum bilgisayarlar ve hatta insan vücuduna yerleştirilen elmas biyosensörler... Işık ve elmasların bu dansı hayatlarımızı değiştiriyor.