Лазерлік «ойма» гауһары: ең қатты материалды жарықпен бағындыру
Алмазтабиғаттағы ең қатты зат, бірақ бұл тек зергерлік бұйымдар ғана емес. Бұл материалдың жылу өткізгіштігі мысқа қарағанда бес есе жоғары, қатты ыстық пен сәулеленуге төтеп бере алады, жарық өткізе алады, оқшаулай алады және тіпті жартылай өткізгішке айналдырылуы мүмкін. Дегенмен, алмазды өңдеудің «ең қиын» материалына айналдыратын осы «супер күштер» – дәстүрлі құралдар оны кесе де, жарықтар қалдыра да алмайды. Лазерлік технология пайда болғанға дейін адамдар бұл «материалдар патшасын» жаулап алудың кілтін тапқан жоқ.
Неліктен лазермен алмасты «кесуге» болады?
Қағазды тұтандыру үшін күн сәулесін фокустау үшін үлкейткіш әйнектің қолданылуын елестетіп көріңіз. Алмазды лазермен өңдеу принципі ұқсас, бірақ дәлірек. Жоғары энергиялы лазер сәулесі алмасты сәулелендіргенде, микроскопиялық «көміртек атомының метаморфозы» пайда болады:
1. Алмаз графитке айналады: Лазер энергиясы беткі алмас құрылымын (sp³) жұмсақ графитке (sp²) өзгертеді, дәл алмас қарындаштың сымына бірден «нұқсан келтіретіні» сияқты.
2. Графит «буланады»: графит қабаты жоғары температурада сублимацияланады немесе оттегімен ойылып, дәл өңдеу іздерін қалдырады. 3. Негізгі жаңалық: ақаулар Теория жүзінде мінсіз алмасты тек ультракүлгін лазермен өңдеуге болады (толқын ұзындығы <229 нм), бірақ шын мәнінде жасанды алмастарда әрқашан ұсақ ақаулар болады (мысалы, қоспалар мен түйіршік шекаралары). Бұл ақаулар кәдімгі жасыл жарықтың (532 нм) немесе инфрақызыл лазердің (1064 нм) сіңірілуіне мүмкіндік беретін «тесіктерге» ұқсайды. Ғалымдар тіпті ақаулардың таралуын реттеу арқылы лазерге алмаста белгілі бір өрнек оюды «бұйырады».
Лазер түрі: «Пештен» «мұз пышағына» эволюция
Лазерлік өңдеу компьютерлік сандық басқару жүйелерін, озық оптикалық жүйелерді және жоғары дәлдіктегі және автоматтандырылған дайындаманы орналастыруды біріктіріп, зерттеу және өндірістік өңдеу орталығын құрады. Алмаз өңдеуге қолданылғанда, ол тиімді және жоғары дәлдіктегі өңдеуге қол жеткізе алады.
1. Микросекундтық лазерлік өңдеу Микросекундтық лазерлік импульстің ені кең және әдетте дөрекі өңдеуге жарамды. Режимді құлыптау технологиясы пайда болғанға дейін лазерлік импульстар негізінен микросекундтық және наносекундтық диапазонда болды. Қазіргі уақытта микросекундтық лазерлермен тікелей гауһар өңдеу туралы есептер аз, және олардың көпшілігі артқы өңдеуді қолдану саласына бағытталған.
2. Наносекундтық лазермен өңдеу Наносекундтық лазерлер қазіргі уақытта нарықта үлкен үлесті алып жатыр және жақсы тұрақтылық, төмен баға және қысқа өңдеу уақыты сияқты артықшылықтарға ие. Олар кәсіпорын өндірісінде кеңінен қолданылады. Дегенмен, наносекундтық лазермен абляция процесі үлгіге термиялық зиянды әсер етеді, ал макроскопиялық көрінісі - өңдеу кезінде үлкен жылу әсер ететін аймақ пайда болады.
3. Пикосекундтық лазерлік өңдеу Пикосекундтық лазерлік өңдеу наносекундтық лазерлік термиялық тепе-теңдік абляциясы мен фемтосекундтық лазерлік суық өңдеу арасында жүзеге асырылады. Импульс ұзақтығы айтарлықтай қысқарады, бұл жылу әсер ететін аймақтан келтірілген зақымды айтарлықтай азайтады.
4. Фемтосекундтық лазерлік өңдеу Аса жылдам лазерлік технология алмасты ұсақ өңдеуге мүмкіндік береді, бірақ фемтосекундтық лазерлердің жоғары құны мен техникалық қызмет көрсету құны өңдеу әдістерінің дамуын шектейді. Қазіргі уақытта көптеген байланысты зерттеулер зертханалық сатыда қалып отыр.
Қорытынды
Лазерлік технология «кесу мүмкін еместігінен» «қалауыңыз бойынша оюға» дейін жасадыгауһар енді зертханада қамалып қалған «ваза» емес. Технологияның қайталануымен болашақта біз мыналарды көре аламыз: ұялы телефондардағы жылуды тарататын гауһар чиптері, ақпаратты сақтау үшін гауһарды пайдаланатын кванттық компьютерлер, тіпті адам денесіне имплантацияланған гауһар биосенсорлар... Жарық пен гауһардың бұл биі біздің өмірімізді өзгертіп жатыр.