金（jīn）剛石（shí）遇上激光：不同激光類型加（jiā）工效果大揭秘

  金剛石加工困（kùn）難，而激光（guāng）加工技術為其提供了解決方案，將激光加工技術（shù）應（yīng）用於金剛石加工，可實現金剛石的高效、高精度加（jiā）工，今天一起來看看（kàn）不同激光束類型作用於金剛石表麵達到（dào）的加工效果存（cún）在哪些巨大差異（yì）。

微秒激光：脈寬較寬，適用於粗加工（gōng）

  特點與應用：微秒激光脈寬較寬，通常適用（yòng）於粗加工。例如，筆（bǐ）者課題組使（shǐ）用波長為 1064nm 的 Nd:YAG 型微秒精密激（jī）光切割機完亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91（chéng）了金剛石熱沉結構（gòu）的加工。

  加（jiā）工效果與（yǔ）影響：其（qí）加工時伴隨強烈（liè）熱損傷，長脈寬的（de）微秒激光峰值功率在幾千瓦且脈衝持（chí）續時間長，導（dǎo）致存在較深的熱影（yǐng）響區。如在加工金剛石時，熱影響區可達 6.8μm。

 脈寬450μs激光得到PCD複合材（cái）料的FIB截（jié）麵圖  圖源：論文

  納秒激光：占據（jù）較大市場份額，加工有熱破壞（huài）性

  優勢與市場情況：納秒激光（guāng）具（jù）有穩定（dìng）性好、亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91本低、加工時間短等優點，在企業生產中廣泛（fàn）應用，目前占據了較大（dà）的（de）市場份額。

  熱影響與相關研（yán）究：但納秒激光燒（shāo）蝕過程對樣（yàng）品具有熱破壞性（xìng），宏觀上表現為加工產生較大的熱影響區。

  南京航空（kōng）航天大學建立了三維移（yí）動納秒脈衝（chōng）高斯激光燒蝕單晶金剛石的（de）有限元模擬模型，得到不（bú）同掃描時間下單（dān）晶金剛（gāng）石內（nèi）的（de）熱傳導（dǎo）及溫度分布；

   不同掃描時間單晶金剛石內的熱傳導和溫度分布，箭頭表示導熱熱流方向  圖源：論文

  日本慶應（yīng）義塾大學將納秒激光加（jiā）工金剛石產生（shēng）的缺陷分亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91四類，包括開裂、波紋、變形槽道以及碎屑沉積，並解釋了各種缺陷的產生（shēng）原（yuán）因。

  皮秒激光：脈衝持續時間減小，熱影響區損（sǔn）傷降低

  加工特性與優勢：皮秒激光加工既不同（tóng）於納秒激（jī）光（guāng）的熱平衡（héng）燒（shāo）蝕，也不完全等於飛秒激（jī）光的冷加工，脈衝持續時間的顯著（zhe）減小極大程度地降低了熱影響區帶來的損傷（shāng）。

  溫邱玲等人使用紅外皮秒激光加（jiā）工 CVD 單晶金（jīn）剛石微槽，僅在（zài）微槽邊（biān）緣存（cún）在不規則微（wēi）小崩邊和微裂紋；

  Nozomi Takayama 等利用皮秒脈（mò）衝激光加工具有特殊結構的單晶金（jīn）剛石刀具，可快速加工出無任何邊緣開（kāi）裂（liè）的刀（dāo）具。

  作用機製與現象：與納秒激光類似，皮秒激光與金剛石相互作用時也是通過表麵石墨化進行，並且隨著皮秒激（jī）光能（néng）量密度的增加，石墨峰出現（xiàn）明（míng）顯的紅移。

  Sergei M. Pimenov 等利用皮秒激光（guāng）作用於金剛石內部，觀察到金剛石內（nèi）部產生石墨化（huà）現象（xiàng），並基於（yú）此製（zhì）備了石墨化的微結構陣（zhèn）列，還研究了晶體取向對皮秒激光燒蝕過程（chéng）的影響，同時發現了 3H 色心、NV 色（sè）心的產生，且 NV 色心（xīn）的熒光由於激光體修（xiū）飾過程有增強的現象。

 不同激光能量下皮秒激光燒蝕金剛石微槽中心位置處的拉曼光（guāng）譜  圖源：論文

  飛秒激光：加工精度高，但效（xiào）率較低

  高精度（dù）加（jiā）工特點：飛秒（miǎo）激光加工精度高，能在極短的脈（mò）衝（chōng）持續時間內，*大程度地避免熱影響區形亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91，以*小（xiǎo）的熱損傷精準加工金（jīn）剛石表麵結構，更適合於金剛石（shí）特殊形（xíng）狀的精細加（jiā）工。例如（rú），飛秒脈衝激光能在（zài）較低的平均功率下產生（shēng）極高的功率密度（dù），使金剛石晶格中的C-C共價鍵發生解離。

  效率與亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91本問題：但其（qí）加工效率較低，且飛秒激光器自身昂貴的造價及維護亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91本限製了加工方法的推廣（guǎng），目前關於飛秒激光加工金剛石的研究大多停留在實驗室階段。與納秒激光相比，飛秒激光加工的表麵質量更高，但總體的材（cái）料去除速（sù）率較低。如韓源等計算得出飛秒（miǎo）激（jī）光（guāng）燒蝕速率（lǜ）比微秒激光燒（shāo）蝕速率低兩個數量（liàng）級。

  *後

  不同類型的激光在金剛石加工（gōng）中各有優劣，研究人員正不（bú）斷探（tàn）索，力求讓激光技術在金剛石加（jiā）工（gōng）領域發揮更大作（zuò）用，推動相關行業發展（zhǎn）。