Лазерлік «ою» гауһар: ең қатты материалды жарықпен жеңу
Алмазтабиғаттағы ең қатты зат, бірақ ол тек зергерлік бұйымдар емес. Бұл материалдың жылу өткізгіштігі мысқа қарағанда бес есе жылдам, қатты ыстық пен сәулеленуге төтеп бере алады, жарықты өткізеді, оқшаулайды, тіпті жартылай өткізгішке айналады. Дегенмен, дәл осы «өте күштілер» алмазды өңдеуді «ең қиын» материалға айналдырады - дәстүрлі құралдар оны кесіп тастай алмайды немесе жарықтар қалдырады. Лазерлік технология пайда болғанға дейін адамдар осы «материалдар патшасын» жеңудің кілтін тапты.
Неліктен лазер гауһар тасты «қиып» алады?
Қағазды тұтандыру үшін күн сәулесін фокустау үшін ұлғайтқыш әйнекті қолданып көріңіз. Алмазды лазерлік өңдеу принципі ұқсас, бірақ дәлірек. Жоғары энергиялы лазер сәулесі алмазды сәулелендіргенде микроскопиялық «көміртек атомының метаморфозы» жүреді:
1. Гауһар графитке айналады: Лазер энергиясы гауһардың беткі құрылымын (sp³) жұмсақ графитке (sp²) өзгертеді, гауһар лезде қарындашқа айналады.
2. Графит «буланады»: графит қабаты жоғары температурада сублимацияланады немесе нақты өңдеу іздерін қалдырып, оттегімен өрнектеледі. 3. Негізгі жетістік: ақаулар Теорияда мінсіз алмазды тек ультракүлгін лазермен өңдеуге болады (толқын ұзындығы <229 нм), бірақ шын мәнінде жасанды гауһар тастарда әрқашан ұсақ ақаулар болады (қоспалар мен дәндердің шекаралары). Бұл ақаулар кәдімгі жасыл жарықты (532 нм) немесе инфрақызыл лазерді (1064 нм) сіңіруге мүмкіндік беретін «тесіктерге» ұқсайды. Ғалымдар тіпті ақаулардың таралуын реттей отырып, лазерге гауһарға белгілі бір өрнек салуға «бұйрық» бере алады.
Лазер түрі: «пештен» «мұзды пышаққа» эволюция
Лазерлік өңдеу компьютерлік сандық басқару жүйелерін, озық оптикалық жүйелерді және жоғары дәлдіктегі және автоматтандырылған дайындамаларды орналастыруды біріктіріп, ғылыми-өндірістік өңдеу орталығын құрайды. Алмазды өңдеуге қолданылатын ол тиімді және жоғары дәлдіктегі өңдеуге қол жеткізе алады.
1. Микросекундтық лазерді өңдеу Микросекундтық лазер импульсінің ені кең және әдетте өрескел өңдеуге жарамды. Режимді құлыптау технологиясы пайда болғанға дейін лазерлік импульстар көбінесе микросекунд пен наносекунд диапазонында болды. Қазіргі уақытта микросекундтық лазерлермен тікелей алмазды өңдеу туралы есептер аз және олардың көпшілігі артқы өңдеуді қолдану өрісіне бағытталған.
2. Наносекундтық лазерді өңдеу Наносекундтық лазерлер қазіргі уақытта нарықтың үлкен үлесін алып жатыр және жақсы тұрақтылық, төмен баға және қысқа өңдеу уақытының артықшылықтарына ие. Олар кәсіпорын өндірісінде кеңінен қолданылады. Дегенмен, наносекундтық лазерлік абляция процесі үлгіге термиялық түрде деструктивті болып табылады және макроскопиялық көрінісі өңдеу кезінде үлкен жылу әсер ететін аймақты тудырады.
3. Пикосекундтық лазерлік өңдеу Пикосекундтық лазерлік өңдеу наносекундтық лазерлік термиялық тепе-теңдік абляциясы мен фемтосекундтық лазерлік салқын өңдеу арасында. Импульс ұзақтығы айтарлықтай қысқарады, бұл жылу әсер ететін аймақтың зақымдануын айтарлықтай азайтады.
4. Фемтосекундтық лазермен өңдеу Ультра жылдам лазерлік технология алмазды ұсақ өңдеуге мүмкіндік береді, бірақ фемтосекундтық лазерлердің жоғары құны мен техникалық қызмет көрсету құны өңдеу әдістерін жылжытуды шектейді. Қазіргі уақытта байланысты зерттеулердің көпшілігі зертханалық сатыда қалды.
Қорытынды
Лазер технологиясы «кесу мүмкін емес»тен «өз қалауыңыз бойынша оюға» дейін жасадыалмаз енді зертханада қамалған «ваза» емес. Технологияның қайталануымен болашақта біз мыналарды көре аламыз: ұялы телефондардағы жылуды тарататын алмаз чиптері, ақпаратты сақтау үшін алмаздарды пайдаланатын кванттық компьютерлер, тіпті адам ағзасына имплантацияланған алмаз биосенсорлары... Бұл жарық пен гауһар биі біздің өмірімізді өзгертеді.