Новый инструмент снижает износ алмазных режущих инструментов

Источник: Physorg

Процесс резки твердых и хрупких материалов может быть весьма сложным и дорогостоящим. Режущий инструмент часто изготавливается из монокристаллического алмаза — самого твердого вещества. Но алмаз является дорогим материалом. К тому же, несмотря на свою прочность, в процессе работы алмазные резцы могут выйти из строя и потребовать замены.

Ученые Университета Западного Мичигана (США) решили, что смогут создать новую технологию, которая ускорить работу системы и продлит срок службы режущего инструмента. Идея не только в том, чтобы создавать превосходный конечный продукт, но и сэкономить время и деньги в процессе обработки. Поскольку сделать алмаз тверже практически невозможно, ученые решили сделать мягче материалы, подвергаемые резке.

В 2011 году исследователи Джон Паттен и Дипак Равиндра основали компанию Micro-LAM Technologies для коммерциализации своего проекта. Этому предшествовало несколько десятилетий научной работы. Перед тем, как экспериментировать с новыми технологиями, ученые выяснили главный секрет традиционной алмазной резки. Они обнаружили, что в процессе резки, в материале происходит краткое фазовое превращение от полупроводника в металл. Изначально хрупкий и твердый материал (например, кремний) под действием алмазного инструмента становится более мягким и пластичным. После завершения резки он возвращается в исходное состояние. Дополнительное прогревание материала могло бы усилить этот эффект и снизить нагрузку на режущий инструмент. Ученые перепробовали различные химические вещества, а также воздействие электричества, но найти коммерчески оправданный вариант долгое время не удавалось.

Наконец они вспомнили, что алмаз является прозрачным для лазеров с различными длинами волн. В итоге было создано устройство Micro-LAM, в котором лазер проходит через алмазный резец и фокусируется на его передней кромке. Лазер размягчает материал, увеличивает скорость резки и снижает износ режущей кромки. Кроме того, новая технология обеспечивает более гладкую поверхность изделий, что устраняет необходимость в дополнительной обработке. Действующий прототип Micro-LAM уже создан и прошел первые испытания. Он весьма компактный, для его монтажа на сверхточном токарном станке или алмазном токарном станке требуется не более 30 минут. Внедрение новой технологии может иметь важные последствия для аэрокосмической и оборонной промышленности, а также для производства компьютерных чипов, линз и зеркал для оптических и лазерных систем.