다이아몬드와 레이저의 만남: 다양한 레이저 유형의 가공 효과 공개

다이아몬드 가공은 어려운데 레이저 가공 기술이 해결책을 제시합니다. 다이아몬드 가공에 레이저 가공 기술을 적용하면 다이아몬드의 효율적이고 고정밀 가공이 가능합니다. 오늘은 다이아몬드 표면에 작용하는 다양한 레이저 빔 유형에 의해 달성되는 가공 효과의 큰 차이를 살펴보겠습니다.

 

마이크로초 레이저: 넓은 펄스 폭, 거친 가공에 적합

특징 및 용도: 마이크로초 레이저 펄스 폭이 넓어 일반적으로 거친 가공에 적합합니다. 예를 들어, 저자의 연구 그룹은 다이아몬드 방열판 구조의 가공을 완료하기 위해 파장이 1064nm인 Nd:YAG 마이크로초 정밀 레이저 절단기를 사용했습니다.

 

가공 효과 및 충격: 가공 시 강한 열 손상이 동반됩니다. 장펄스 마이크로초 레이저의 피크 출력은 수 킬로와트이고 펄스 지속 시간도 길어서 열 영향부가 깊습니다. 예를 들어, 다이아몬드를 가공할 때 열 영향부는 6.8μm에 달할 수 있습니다.

 

나노초 레이저: 큰 시장 점유율을 차지하고 가공은 열적으로 파괴적입니다.

장점 및 시장 상황: 나노초 레이저는 우수한 안정성, 저렴한 비용, 짧은 처리 시간 등의 장점을 가지고 있습니다. 기업 생산에 널리 사용되며 현재 큰 시장 점유율을 차지하고 있습니다.

 

열 영향 및 관련 연구: 그러나 나노초 레이저 절제 공정은 샘플에 열적으로 파괴적이며, 이는 처리에 의해 생성된 큰 열 영향 영역으로 거시적으로 나타납니다.

 

난징 항공우주대학교는 단결정 다이아몬드의 3차원 이동 나노초 펄스 가우시안 레이저 절제의 유한 요소 시뮬레이션 모델을 구축하고 다양한 스캐닝 시간에서 단결정 다이아몬드의 열전도 및 온도 분포를 얻었습니다.

 

펨토초 레이저: 처리 정확도는 높지만 효율성은 낮음

고정밀 가공 특성: 펨토초 레이저 가공은 정밀도가 높고, 매우 짧은 펄스 지속 시간 내에서 열 영향부의 형성을 최대한 방지할 수 있으며, 열 손상을 최소화하면서 다이아몬드 표면 구조를 정확하게 가공하며, 다음과 같은 용도에 더 적합합니다. 특수 다이아몬드 형태의 미세 가공. 예를 들어, 펨토초 펄스 레이저는 낮은 평균 전력에서 극도로 높은 전력 밀도를 생성할 수 있어 다이아몬드 격자의 CC 공유 결합이 해리됩니다.

 

효율성 및 비용 문제: 그러나 가공 효율이 낮고, 펨토초 레이저 자체의 고가의 비용과 유지 비용으로 인해 가공 방법의 홍보가 제한됩니다. 현재 다이아몬드의 펨토초 레이저 가공에 관한 대부분의 연구는 실험실 단계에 머물러 있습니다. 나노초 레이저에 비해 펨토초 레이저 가공은 표면 품질이 더 높지만 전체 재료 제거율은 더 낮습니다. 예를 들어 Han Yuan et al. 펨토초 레이저의 절제율은 마이크로초 레이저의 절제율보다 2배 정도 낮은 것으로 계산되었습니다.

 

마지막으로

다양한 유형의 레이저는 다이아몬드 가공에 있어 고유한 장점과 단점을 가지고 있습니다. 연구자들은 레이저 기술이 다이아몬드 가공 분야에서 더 큰 역할을 할 수 있도록 하고 관련 산업의 발전을 촉진하기 위해 끊임없이 탐구하고 노력하고 있습니다.