[发明专利]一种利用激光诱导气泡空化去除金刚石表面石墨的方法

说明书

本发明提供一种利用激光诱导气泡空化去除金刚石表面石墨的方法。本发明方法包括步骤：将表面含有石墨的金刚石浸没于溶剂中；激光在上述表面含有石墨的金刚石上方聚焦进行扫描，利用激光诱导产生射流以及气泡空化产生冲击力以去除金刚石表面的石墨。本发明方法安全、绿色环保，利用激光间接去除石墨、效率快，且能将任意形状(平面、曲面)上的石墨去除，操作简便，耗时短，成本低，并具有广大的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种利用激光诱导气泡空化去除金刚石表面石墨的方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

碳是一种很常见的元素，碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石和石墨，有无定形碳，碳酸盐如石灰石和大理石。单质碳的物理化学性质取决于它的晶体结构。研究发现，金刚石晶体内部每一个碳原子都以SP³杂化形式与四个碳原子形成共价单键构成了正四面体；每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构；正是这种特殊的结构使得金刚石具有最大的硬度。随着工业的迅速发展，金刚石独特的力学、热学和电学特性使金刚石的应用被人们所重视。然而，由于具有极高的硬度，金刚石的加工仍然是一个巨大的挑战。由于在金刚石生长过程中出现石墨化或者在用纳秒激光切割金刚石过程中，纳秒激光器的脉宽大于金刚石热扩散的时间，激光作用时热量进行横向传导，使周围的金刚石吸收热量从sp³杂化变成sp²杂化的石墨，导致激光加工之后留下了副产物。

对金刚石中石墨杂质的去除是很麻烦的工序，目前，主要包括如下去除方法：化学方法去除石墨杂质采用高氯酸(HCIO)氧化法、硫酸—硝酸法或硝酸钠法，高氯酸分解、蒸发要放出大量有强烈刺激气味的氯气和剧毒的光气，不利于操作和环境保护；微波等离子体刻蚀法，这种处理方式所需要的设备造价高；锯切法，锯切天然金刚石的加工温度低，一般不会产生肉眼可见的裂纹和断层，其加工成本低，可以避免激光加工时高温产生的石墨，但是锯切天然金刚石工艺的自动化程度较低，对于工人的生产经验要求较高，制约了金刚石的加工质量和加工效率；除此之外，还可以采用机械研磨的方法，这类方法需要磨料或金属板与抛光表面机械接触且仅限于在平面结构的石墨去除。以下为常见去除石墨的方法及原理：

(1)高氯酸氧化石墨法

高氯酸具有强氧化作用，受热分解为：

4HClO₄＝2Cl₂↑+7O₂↑+2H₂O

(2)硫酸—硝酸(或硝酸钠)法

2C+4H₂SO₄＝4H₂O+2CO₂↑+4SO₂↑

3C+4HNO₃＝3CO₂↑+2H₂O+4NO↑

2NO+O₂＝2NO₂↑

(3)微波等离子体刻蚀方法

500K～550K

(4)机械研磨法

是将待抛光工件在一定的压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用激光诱导气泡空化去除金刚石表面石墨的方法。本发明方法安全、绿色环保，利用激光间接去除石墨、效率快，且能将任意形状(平面、曲面)上的石墨去除，操作简便，耗时短，成本低，并具有广大的实际应用价值。

本发明的技术方案如下：