钻石加工
一颗不起眼钻坯如何才能变成我们现今所看见闪闪发光的钻石成品呢？钻石作为自然界最坚硬的物质（莫氏硬度10级），其加工一直面临巨大技术挑战。激光技术的引入彻底改变了传统钻石加工方式，实现了高精度、高效率和非接触式加工。
1.激光钻石加工的基本原理
激光钻石加工的核心在于利用高能光子与碳原子间的非线性相互作用实现材料去除。钻石作为宽禁带半导体（禁带宽度5.5eV），对可见光和近红外激光具有高透过性，传统热加工机制效率低下。激光钻石加工主要依赖以下物理机制：
多光子吸收效应：
当激光功率密度超过10⁹W/cm²时，钻石价带电子通过同时吸收多个光子跃迁至导带，紫外激光（如355nm）光子能量3.5eV，接近钻石带隙，更易引发电子跃迁，自由电子通过逆韧致辐射吸收更多光子能量，形成等离子体。
光化学分解：
紫外激光光子直接破坏C-C键（键能约3.7eV），在局部区域引发sp³（钻石）向sp²（石墨）相变，石墨化区域吸收率提高100倍，促进后续材料去除。
等离子体辅助烧蚀：
高功率密度激光使表面材料电离形成等离子体，等离子体吸收激光能量并膨胀，产生冲击波去除材料，可避免热影响区，实现"冷加工"。
2.钻石加工的流程
钻石加工的流程，一般可以分成分选原石、设计、劈、锯、车、磨、清洗等7道工序。本文仅对与激光有关的加工过程，激光钻石规划和切割进行详细介绍。
根据大小、颜色、净度、晶形四个方面，我们可以初步对钻石原石进行分选。从设计的角度观察原石，主要考虑晶形和净度两个方面的因素。
晶形：习惯上把原石的晶形分为六类，即规则晶形（Stones）、变形晶形（Shapes）、劈理晶形（Cleavages）、双晶（Macles）、薄片（Flats）、 和六面体形（Cubes）。客观地说，这几类晶形之间的区分并没有严整划一的尺度，在一定程度上要凭经验来判断。
净度：如果说晶形主要影响出成率的话，净度则直接影响到成品钻石的价值。从设计的角度看原石，应先搞清内含物的种类、大小、数目、位置、对比度；其次确认通过加工可以去掉的瑕疵最后对于去不掉或去不干净的瑕疵要尽可能把它们安置在不显眼、不反射的位置。
2.1 激光钻石规划（Diamond Planning）
怎么才能科学规划保留最大成品重量，合理规避内含物和缺陷区域呢？这里我们引入激光规划的概念，钻石规划（Diamond Planning）是钻石加工过程中的关键环节，涉及原石评估、划线、切割方案设计和激光预成型等步骤。激光规划技术以其非接触、高精度和高效率的特点，已成为现代钻石加工的核心工艺。
钻石规划用1064nm短脉冲激光器 | |
激光技术在规划中的核心作用
传统方法 | 激光技术 | 技术优势 |
人工目测评估 | 3D激光扫描 | 精度达±0.01mm，全参数数字化 |
手工划线 | 激光预成型 | 精度±5μm，复杂三维路径 |
机械锯切 | 激光切割 | 无工具磨损，切缝<50μm |
经验判断 | AI优化算法 | 考虑100+参数，方案更科学 |
2.2 激光钻石切割
相较于传统的机械方式，激光切割具有其独特的优势，可以做到无接触式加工、效率高、切缝小、热影响区小，是理想的钻石加工方法。 钻石的高硬度和高导热性对激光切割提出了高要求。因此采用短脉冲和超短脉冲激光技术，同时保证激光束焦点位置及激光束移动位置的精确控制和新型激光加工方法的开发是未来金刚石激光切割技术发展的重点。
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激光钻石切割用激光器（AO-532W-LP） | |
激光加工与传统加工对比
参数 | 激光加工 | 机械加工 |
加工原理 | 光热/光化学作用 | 机械应力破碎 |
工具磨损 | 无 | 金刚石刀具损耗严重 |
加工力 | 非接触(零应力) | 高接触应力(易产生裂纹) |
精度 | ±1μm | ±10μm |
最小特征尺寸 | 5μm | 50μm |
复杂形状能力 | 任意三维结构 | 限于二维轮廓 |
加工效率 | 高(自动化) | 低(手工操作为主) |
3.激光钻石标记
珠宝上刻印的钻石符号提供了有关钻石特性的关键信息。以下是一些常见的符号及其含义：
重量：表示钻石的克拉重量。
颜色：代表钻石的颜色等级，范围从无色到浅黄色或浅棕色。
净度：显示净度等级，评估内含物或瑕疵的存在情况。
切工：指钻石切工的质量，影响其璀璨度和闪耀度。
编号：一个独特的标识符，可用于验证钻石的证书和真伪。
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CNI紫外钻石微刻机 | |
4.钻石真伪检验
拉曼光谱是一种提供分子振动指纹信息的技术手段，它具有检测时间短，特征性强，不需要前处理，不破环样品等优点。天然钻石在1332cm-1左右有很强的拉曼特征峰。对于伪钻石会在其他区域出现不同强度的峰位。
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CNI的拉曼光谱仪用于分辨钻石真伪 |
钻石主要分为天然钻石、CVD钻石、HTHP钻石等。其主要由C构成，无法通过外观区别。根据天然钻石与其他伪钻石的内部结构不同这一特性，我们可通过拉曼光谱进行轻松鉴别。
CNI拉曼光谱仪测试的真钻、HPHV、CVD的拉曼谱线图
随着激光技术的持续进步，激光钻石加工正朝着更高精度、更高效率和更广应用方向发展。未来紫外皮秒激光系统有望成为行业标准配置，智能化加工系统的普及将使激光钻石加工技术被更广泛地应用于从工业制造到高端定制的各个领域。
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