Gravure laser du diamant : conquérir le matériau le plus dur grâce à la lumière
DiamantLe diamant est la substance la plus dure de la nature, mais il ne se limite pas aux bijoux. Ce matériau présente une conductivité thermique cinq fois supérieure à celle du cuivre, résiste à des chaleurs et radiations extrêmes, transmet la lumière, isole et peut même être transformé en semi-conducteur. Cependant, ce sont ces « super-pouvoirs » qui font du diamant le matériau le plus difficile à travailler : les outils traditionnels ne peuvent pas le couper ou le fissurent. Ce n'est qu'avec l'avènement de la technologie laser que l'homme a enfin trouvé la clé pour maîtriser ce « roi des matériaux ».
Pourquoi le laser peut-il « couper » le diamant ?
Imaginez utiliser une loupe pour focaliser la lumière du soleil et enflammer du papier. Le principe du traitement laser du diamant est similaire, mais plus précis. Lorsqu'un faisceau laser à haute énergie irradie le diamant, une microscopique « métamorphose de l'atome de carbone » se produit :
1. Le diamant se transforme en graphite : L’énergie laser transforme la structure superficielle du diamant (sp³) en graphite plus mou (sp²), tout comme un diamant « dégénère » instantanément en mine de crayon.
Français 2. Le graphite est « évaporé » : la couche de graphite se sublime à haute température ou est gravée par l'oxygène, laissant des marques de traitement précises. 3. Avancée clé : les défauts En théorie, un diamant parfait ne peut être traité que par laser ultraviolet (longueur d'onde < 229 nm), mais en réalité, les diamants artificiels présentent toujours de minuscules défauts (tels que des impuretés et des joints de grains). Ces défauts sont comme des « trous » qui permettent à la lumière verte ordinaire (532 nm) ou au laser infrarouge (1064 nm) d'être absorbés. Les scientifiques peuvent même « commander » le laser pour graver un motif spécifique sur le diamant en régulant la distribution des défauts.
Type de laser : évolution du « four » au « couteau à glace »
L'usinage laser combine des systèmes de commande numérique par ordinateur, des systèmes optiques avancés et un positionnement automatisé et de haute précision des pièces pour former un centre de recherche et de production. Appliqué à l'usinage du diamant, il permet un usinage efficace et de haute précision.
1. Traitement laser microseconde. La largeur d'impulsion d'un laser microseconde est large et convient généralement à l'usinage grossier. Avant l'apparition de la technologie de verrouillage de mode, les impulsions laser étaient principalement de l'ordre de la microseconde et de la nanoseconde. Actuellement, peu de rapports traitent directement le diamant par laser microseconde, la plupart se concentrant sur les applications de traitement final.
2. Traitement laser nanoseconde. Les lasers nanosecondes occupent actuellement une part de marché importante et présentent les avantages d'une bonne stabilité, d'un faible coût et d'un temps de traitement court. Ils sont largement utilisés dans la production industrielle. Cependant, le procédé d'ablation laser nanoseconde est thermiquement destructeur pour l'échantillon, ce qui se traduit macroscopiquement par la création d'une large zone affectée thermiquement.
3. Traitement laser picoseconde : le traitement laser picoseconde se situe entre l'ablation à l'équilibre thermique par laser nanoseconde et le traitement à froid par laser femtoseconde. La durée d'impulsion est considérablement réduite, ce qui limite considérablement les dommages causés par la zone affectée thermiquement.
4. Traitement au laser femtoseconde. La technologie laser ultrarapide offre des possibilités pour le traitement fin du diamant, mais son coût élevé et ses coûts de maintenance limitent son développement. À l'heure actuelle, la plupart des recherches dans ce domaine restent au stade de laboratoire.
Conclusion
De « impossible à couper » à « sculpter à volonté », la technologie laser a faitdiamant Ce n'est plus un « vase » enfermé dans un laboratoire. Avec l'évolution de la technologie, nous pourrions voir apparaître à l'avenir des puces de diamant dissipant la chaleur dans les téléphones portables, des ordinateurs quantiques utilisant des diamants pour stocker des informations, et même des biocapteurs en diamant implantés dans le corps humain… Cette danse de lumière et de diamants transforme nos vies.