ダイヤモンドとレーザーの出会い: さまざまな種類のレーザーの加工効果が明らかに

ダイヤモンド加工は難しいのですが、レーザー加工技術がそれを解決します。ダイヤモンド加工にレーザー加工技術を応用することで、効率的かつ高精度なダイヤモンド加工を実現します。今日は、ダイヤモンド表面に作用するさまざまな種類のレーザービームによって達成される加工効果の大きな違いを見てみましょう。

 

マイクロ秒レーザー：パルス幅が広く、粗加工に最適

特徴と用途：マイクロ秒レーザーのパルス幅が広く、通常粗加工に適しています。たとえば、著者の研究グループは、波長1064nmのNd:YAGマイクロ秒精密レーザー切断機を使用して、ダイヤモンドヒートシンク構造の加工を完了しました。

 

加工効果と影響：加工には強い熱ダメージを伴います。ロングパルスマイクロ秒レーザーのピーク出力は数キロワットで、パルス持続時間が長いため、熱影響部が深くなります。たとえば、ダイヤモンドを加工する場合、熱影響部は 6.8μm に達することがあります。

 

ナノ秒レーザー: 大きな市場シェアを占め、加工は熱破壊的です

利点と市場状況: ナノ秒レーザーには、優れた安定性、低コスト、短い処理時間という利点があります。企業の生産で広く使用されており、現在大きな市場シェアを占めています。

 

熱の影響と関連研究: ただし、ナノ秒レーザーアブレーションプロセスはサンプルに熱破壊をもたらし、その処理によって生じる大きな熱影響ゾーンとして巨視的に現れます。

 

南京航空航天大学は、単結晶ダイヤモンドの三次元移動ナノ秒パルスガウスレーザーアブレーションの有限要素シミュレーションモデルを確立し、異なる走査時間での単結晶ダイヤモンド内の熱伝導と温度分布を取得しました。

 

フェムト秒レーザー：加工精度は高いが効率は低い

高精度加工特性：フェムト秒レーザー加工は高精度であり、非常に短いパルス幅内で熱影響部の形成を最大限に回避でき、最小限の熱損傷でダイヤモンドの表面構造を正確に加工でき、以下の用途に適しています。特殊なダイヤモンド形状の微細加工。たとえば、フェムト秒パルスレーザーは、低い平均出力で非常に高い出力密度を生成することができ、ダイヤモンド格子内の CC 共有結合を解離させます。

 

効率とコストの問題：しかし、加工効率が低く、フェムト秒レーザー自体の高価なコストと維持費が加工方法の普及を制限しています。現在、ダイヤモンドのフェムト秒レーザー加工に関する研究のほとんどは実験室段階にとどまっています。ナノ秒レーザーと比較して、フェムト秒レーザー加工は表面品質が高くなりますが、全体的な材料除去速度は低くなります。例えば、Han Yuanら。フェムト秒レーザーのアブレーション速度は、マイクロ秒レーザーのアブレーション速度よりも 2 桁低いことが計算されています。

 

ついに

ダイヤモンド加工では、さまざまな種類のレーザーにそれぞれ長所と短所があります。研究者たちは常に探求を続け、レーザー技術がダイヤモンド加工の分野でより大きな役割を果たすようにし、関連産業の発展を促進するよう努めています。