新型激光加工技术在金刚石加工中的应用

发布日期：2024-12-12 11:35 浏览量：

随着人工智能的迅速发展，金刚石作为一种高硬度材料，其应用范围日益广泛。然而，金刚石的极高硬度给加工带来了巨大挑战。传统的激光加工技术因其非接触性、可控性强和高精度等特点，在金刚石加工中展现出独特的优势。近年来，为了满足金刚石等透明硬质材料的加工需求，研究人员基于传统激光加工方法开发了各种混合激光加工技术。包括水导激光加工、液相激光烧蚀加工、混合激光加工方法等。

1、水导激光技术

水导激光加工是一种利用微细水射流引导激光进行材料加工的技术。其原理是，当激光通过一个压力调制的水腔时，激光束被聚焦在一个极小的喷嘴上，喷嘴中喷出高压水柱。由于水与空气的界面发生全反射现象，激光得以被约束在微细的水射流中，并通过水射流进行传导和聚焦，从而通过高压水射流引导激光在加工材料表面进行加工。

与干式激光切割相比，水导激光加工能够有效地减少热影响区和热残余应力，因为大部分能量被消耗在水中，同时水流还能够带走多余的残渣。这种技术可以防止材料内部的热损伤，并且由于激光被限制在水束内，延长了激光的焦点，提高了轴向加工的效率。因此，水导激光特别适合于金刚石的加工，尤其是在金刚石微通道结构的应用上。但由于激光在水中会发生衰减，所以水导激光不太适合用于打深孔。水导激光还需要保持更细且稳定的水射流，以确保加工的精度。

2、液相激光烧蚀技术

与水导激光不同，液相激光烧蚀技术利用脉冲激光对浸没在液体中的靶样品进行烧蚀，从而在液相环境中直接制备微纳米结构。其关键在于水的冷却作用，能够有效减少激光加工过程中产生的热量。该技术还具有隔绝空气和减少碎屑堆积的优势。不过，在液相激光烧蚀过程中，激光束容易受到碎片和悬浮在水中的气泡的影响而散射，且液体层的吸收也会导致激光能量的较大损失。因此，需要精确控制液体层的厚度。例如，可以引入水喷雾形成超薄高速流动水膜，以确保材料表面的质量均匀性和加工精度。

3、混合激光加工方法

目前的激光加工方法大多采用单一脉宽形式，这种方法受到激光本征特性的限制。例如，微秒和纳秒激光会导致较大的热影响区，而飞秒和皮秒激光则存在效率低下的问题，难以实现高效加工。因此，可以考虑采用两种或多种波长或脉冲长度的激光进行金刚石的加工。如利用激光进行金刚石表面抛光时，可先采用纳秒或微秒激光进行粗加工，再利用飞秒或皮秒激光进一步降低其表面粗糙度。通过这种混合激光加工方法，可以有效克服单一激光脉宽所带来的限制，提高加工效率和质量。

新型激光加工技术为金刚石的加工提供了有效解决方案。随着激光技术的不断发展，如何平衡加工效率与质量，发展混合激光加工技术，将是未来金刚石加工领域的重要课题。这些技术不仅提升了金刚石的加工能力，也为其在更广泛领域的应用奠定了基础。

上一篇：水导激光加工：确保光学元件长期稳定性的关键策略

下一篇：飞秒激光打孔优化，尽在机器学习与分子动力学的激情碰撞！