Lāzera "grebšanas" dimants: viscietākā materiāla iekarošana ar gaismas palīdzību
Dimantsir viscietākā viela dabā, taču tās nav tikai rotaslietas. Šim materiālam ir piecas reizes lielāka siltumvadītspēja nekā varam, tas var izturēt ārkārtēju karstumu un starojumu, var laist cauri gaismai, izolēt un pat var tikt pārveidots par pusvadītāju. Tomēr tieši šīs "superspējas" padara dimantu par "visgrūtāk" apstrādājamo materiālu – tradicionālie instrumenti to vai nu nevar griezt, vai arī neatstāj plaisas. Tikai līdz ar lāzertehnoloģijas parādīšanos cilvēki beidzot atrada atslēgu, lai iekarotu šo "materiālu karali".
Kāpēc dimantu var “griezt” ar lāzeru?
Iedomājieties, ka izmantojat palielināmo stiklu, lai fokusētu saules gaismu un aizdedzinātu papīru. Dimanta lāzerapstrādes princips ir līdzīgs, bet precīzāks. Kad dimantu apstaro augstas enerģijas lāzera stars, notiek mikroskopiska "oglekļa atoma metamorfoze":
1. Dimants pārvēršas grafītā: lāzera enerģija maina dimanta virsmas struktūru (sp³) mīkstākā grafītā (sp²), līdzīgi kā dimants acumirklī “deģenerējas” par zīmuļa grafītu.
2. Grafīts tiek “iztvaicēts”: grafīta slānis sublimējas augstā temperatūrā vai tiek iegravēts ar skābekli, atstājot precīzas apstrādes pēdas. 3. Galvenais izrāviens: defekti Teorētiski perfektu dimantu var apstrādāt tikai ar ultravioleto lāzeru (viļņa garums <229 nm), bet patiesībā mākslīgajiem dimantiem vienmēr ir sīki defekti (piemēram, piemaisījumi un graudu robežas). Šie defekti ir kā “caurumi”, kas ļauj absorbēt parasto zaļo gaismu (532 nm) vai infrasarkano lāzeru (1064 nm). Zinātnieki pat var “dot komandu” lāzeram iegravēt noteiktu rakstu uz dimanta, regulējot defektu sadalījumu.
Lāzera tips: evolūcija no “krāsns” līdz “ledus nazim”
Lāzerapstrāde apvieno datora ciparu vadības sistēmas, progresīvas optiskās sistēmas un augstas precizitātes un automatizētu sagataves pozicionēšanu, lai izveidotu pētniecības un ražošanas apstrādes centru. Pielietojot dimantu apstrādē, to var panākt efektīvu un augstas precizitātes apstrādi.
1. Mikrosekundes lāzera apstrāde Mikrosekundes lāzera impulsa platums ir plašs un parasti piemērots rupjai apstrādei. Pirms režīmu bloķēšanas tehnoloģijas parādīšanās lāzera impulsi pārsvarā bija mikrosekundes un nanosekundes diapazonā. Pašlaik ir maz ziņojumu par tiešu dimantu apstrādi ar mikrosekundes lāzeriem, un lielākā daļa no tiem koncentrējas uz apstrādes lietojumprogrammu jomu.
2. Nanosekundes lāzera apstrāde Nanosekundes lāzeri pašlaik ieņem lielu tirgus daļu un tiem ir laba stabilitāte, zemas izmaksas un īss apstrādes laiks. Tos plaši izmanto uzņēmumu ražošanā. Tomēr nanosekundes lāzera ablācijas process ir termiski destruktīvs paraugam, un makroskopiskā izpausme ir tāda, ka apstrādes laikā rodas liela termiski ietekmēta zona.
3. Pikosekunžu lāzera apstrāde Pikosekunžu lāzera apstrāde ir starp nanosekunžu lāzera termiskās līdzsvara ablācijas un femtosekunžu lāzera aukstās apstrādes metodēm. Impulsa ilgums ir ievērojami samazināts, kas ievērojami samazina termiski ietekmētās zonas radītos bojājumus.
4. Femtosekundes lāzera apstrāde. Īpaši ātrā lāzera tehnoloģija paver iespējas dimantu smalkai apstrādei, taču femtosekundes lāzeru augstās izmaksas un uzturēšanas izmaksas ierobežo apstrādes metožu popularizēšanu. Pašlaik lielākā daļa saistīto pētījumu joprojām atrodas laboratorijas stadijā.
Secinājums
No "nespējas griezt" līdz "grebšanai pēc vēlēšanās" — lāzertehnoloģija ir radījusidimants vairs nav “vāze”, kas iesprostota laboratorijā. Attīstoties tehnoloģijām, nākotnē mēs varētu redzēt: dimanta skaidas, kas izkliedē siltumu mobilajos tālruņos, kvantu datorus, kas izmanto dimantus informācijas glabāšanai, un pat dimanta biosensorus, kas implantēti cilvēka ķermenī… Šī gaismas un dimantu deja maina mūsu dzīvi.