激光“雕刻”金刚石:用光征服最硬材料

关键词 激光 , 金刚石|2025-05-26 11:33:25|来源 中国超硬材料网
摘要 ​金刚石是自然界最坚硬的物质,但它不只是珠宝。这种材料导热性能比铜快5倍,能承受极端高温和辐射,还能透光、绝缘,甚至被改造成半导体......

金刚石是自然界最坚硬的物质,但它不只是珠宝。这种材料导热性能比铜快5倍,能承受极端高温和辐射,还能透光、绝缘,甚至被改造成半导体。然而,正是这些“超能力”让金刚石成了“最难加工”的材料——传统工具要么切不动它,要么会留下裂痕。直到激光技术的出现,人类终于找到了一把征服这颗“材料之王”的钥匙。

image.png

       为什么激光能“切动”金刚石?

       想象用放大镜聚焦阳光点燃纸张,激光加工金刚石的原理类似,但更精密。当高能激光束照射金刚石时,会发生一场微观的“碳原子变形记”:  

       1、金刚石变身石墨

       激光能量让表面金刚石结构(sp³)变为较软的石墨(sp²),就像钻石瞬间“退化”成了铅笔芯。  

        2、石墨被“蒸发”:

       石墨层在高温下升华,或被氧气刻蚀,最终留下精准的加工痕迹。  

       3、关键突破口:缺陷  

       理论上,完美金刚石只能被紫外激光(波长<229 nm)加工,但现实中的人工金刚石总存在微小缺陷(如杂质、晶界)。这些缺陷就像“漏洞”,让普通绿光(532 nm)或红外激光(1064 nm)也能被吸收。科学家甚至能通过调控缺陷分布,“指挥”激光在金刚石上刻出特定图案。

       激光类型:从“火炉”到“冰刀”的进化

       激光加工结合计算机数控系统、先进光学系统以及高精度和自动化工件定位,可形成研制和生产加工中心。应用于金刚石加工,能实现高效、高精度加工。不同激光束类型作用于金刚石表面,加工效果差异显著。用于金刚石加工的激光依据激光脉冲长度和原子晶格碰撞之间的大小关系分为“热加工”和“冷加工”两类,最具代表性的是纳秒激光和飞秒激光。

       1、微秒激光加工

       微秒激光脉宽较宽,通常适用于粗加工。在锁模技术出现前,激光脉冲大多在微秒与纳秒量级,当前关于微秒激光直接加工金刚石的报道较少,且大多关注后端加工应用领域。

       2、纳秒激光加工

       纳秒激光目前占据较大市场份额,具有稳定性好、成本低、加工时间短等优点,在企业生产中广泛应用。不过,纳秒激光烧蚀过程对样品有热破坏性,宏观表现为加工产生较大热影响区。

       3、皮秒激光加工

       皮秒激光加工介于纳秒激光热平衡烧蚀和飞秒激光冷加工之间,脉冲持续时间显著减小,极大降低了热影响区带来的损伤。

       4、飞秒激光加工

       超快激光技术为金刚石精细加工带来机遇,但飞秒激光器造价及维护成本高昂,限制了加工方法推广,目前相关研究大多停留在实验室阶段。飞秒激光加工中,激光能量通过光诱导光学击穿效应作用于激光辐照区域,大量电子离化导致结构和相组成改变,对于金刚石则是发生 sp³相向 sp²相的转变,随后发生照射区域材料烧蚀。

image.png


       举个例子: 

       纳秒激光像“热刀切黄油”:快速高效,但切口边缘可能被烫焦。  

       飞秒激光像“冰刀刻水晶”:每一束光脉冲都短到来不及传热,直接让材料“冷蒸发”,留下光滑的纳米级结构。  


       激光加工金刚石研究进展

       激光在金刚石材料加工中的应用研究主要集中在激光切割、激光打孔、微槽道加工以及激光平整化等方面。当前,随着金刚石 CVD 技术日益成熟,金刚石加工问题逐渐成为其应用的主要限制性因素,而激光加工凭借优异性能,正逐渐成为金刚石的主流加工方法。

       结语

       从“切不动”到“随心刻”,激光技术让金刚石不再是困在实验室的“花瓶”。随着技术迭代,未来我们可能会看到:钻石芯片在手机中散热、量子计算机用金刚石存储信息、甚至人体内植入金刚石生物传感器……这场光与钻石的共舞,正在改变我们的生活。


  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

创新不停步,沃尔德展示金刚石工具与功能材料最新进展

创新不停步,沃尔德展示金刚石工具与功能材料最新进展

​随着人工智能、大数据、物联网及5G/6G通信的快速发展,全球半导体产业正迎来新一轮的升级浪潮。从高性能AI计算芯片到先进封装工艺,再到高功率射频器件,...

日期 2025-09-12   刀具新闻
整体需求承压 2025年上半年金刚石线企业半年报出炉

整体需求承压 2025年上半年金刚石线企业半年报出炉

​近期,美畅股份、岱勒新材、三超新材等金刚石线生产企业陆续发布2025年半年报。受下游行业影响,这几家企业业绩整体呈现出需求承压、盈利能力下滑的特点,反...

日期 2025-09-05   刀具新闻
投资1500万!河南一地金刚石微粉及研磨抛光液项目拟扩建

投资1500万!河南一地金刚石微粉及研磨抛光液项目拟扩建

​近日,郑州市生态环境局中牟分局对河南路纳尔新材料有限公司年产1.5亿克拉金刚石微粉及720吨研磨抛光液产业化项目环境影响评价文件进行审批公示........

日期 2025-08-29   刀具新闻
 中科院福建物构所一体化金刚石磨抛设备采购项目公开招标公告

中科院福建物构所一体化金刚石磨抛设备采购项目公开招标公告

中国科学院福建物质结构研究所一体化金刚石磨抛设备采购项目招标项目的潜在投标人应在www.oitccas.com;北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20...

日期 2025-08-29   刀具新闻
 营收3.35亿元!沃尔德 2025 半年报:稳守刀具市场,CVD 金刚石商业化破局提速

营收3.35亿元!沃尔德 2025 半年报:稳守刀具市场,CVD 金刚石商业化破局提速

​北京沃尔德金刚石工具股份有限公司(688028)发布2025年半年度报告。公司上半年实现营业收入3.35亿元,同比增长6.09%;归属于上市公司股东的...

日期 2025-08-29   国际资讯
河北一地高端人造金刚石合成与应用工程研究中心拟建设

河北一地高端人造金刚石合成与应用工程研究中心拟建设

​近日,承德市生态环境局对一高端人造金刚石合成与应用工程研究中心建设项目环境影响评价文件进行审批公示......

日期 2025-08-22   国际资讯
投资1000万!河南一地金刚石复合片项目拟建设

投资1000万!河南一地金刚石复合片项目拟建设

​近日,郑州市生态环境局新密分局对郑州艾德蒙超硬材料有限公司年加工1000万个金刚石复合片建设项目环境影响评价文件审批意见进行公示,标志着该项目在环保合...

日期 2025-08-22   刀具新闻
单晶金刚石刀具定向加工获突破:江南大学揭示晶向选择新规律

单晶金刚石刀具定向加工获突破:江南大学揭示晶向选择新规律

近日,江南大学研究团队在材料科学领域权威期刊《DiamondandRelatedMaterials》上发表了一项突破性成果,首次系统揭示了单晶金刚石在聚...

日期 2025-08-15   刀具新闻
恒盛能源与海科院公司探讨金刚石深海应用

恒盛能源与海科院公司探讨金刚石深海应用

​8月8日,恒盛能源股份有限公司董事长余国旭一行,赴上海交通大学长兴海洋实验室进行参观交流。上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司(以下简称“海科院公司...

日期 2025-08-15   刀具新闻
钻耐科思突破金刚石薄膜制备技术 推动商业化应用

钻耐科思突破金刚石薄膜制备技术 推动商业化应用

​钻耐科思DiamNEX近日宣布,公司通过全球首创的“边缘暴露剥离法”,成功实现晶圆级尺寸、超平整、超薄多晶金刚石薄膜的制备。这一技术突破不仅显著提升生...

日期 2025-08-08   刀具新闻