CN103193381A - 玻璃的激光选区去除方法 - Google Patents

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陈继民
黄超
白石
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Abstract

玻璃的激光选区去除方法属于激光领域。其包括以下步骤：利用绿激光或紫外激光在玻璃内部从下到上分多层刻写选区形状，形成裂纹隔离带，每层层间距100μm，激光功率为400~600mW；利用CO2激光离焦1~3mm辐照选区区域，辐照时间4~7s，功率40~50W；停止辐照，吹气体冷却1~2s，完成去除。本发明适用于在玻璃材料上选区打孔，孔的形状可以根据需要设定，有效控制裂纹。

Description

玻璃的激光选区去除方法
技术领域
本发明涉及一种利用激光在玻璃板上选区打孔的方法。
背景技术
玻璃在工业生产和日常生活中应用非常广泛。由于玻璃的硬脆特性，长期以来，玻璃上打孔一直是一个难题。利用飞秒、皮秒激光等可以在薄玻璃上加工微纳米尺度的孔，但是在加工大尺寸孔洞方面，利用飞秒和皮秒效率低，而且不适合厚玻璃的打孔。提高打孔效率，降低打孔成本成为发展的重要方向。
发明内容
针对以上内容，有必要提出一种效率高，成本低的玻璃选区打孔方法。
玻璃的激光选区去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用绿激光或紫外激光在玻璃内部从下到上分多层刻写选区形状，形成裂纹隔离带，每层层间距100μm，激光功率为400~600mW；
（2）利用CO2激光离焦1~3mm辐照选区区域，辐照时间4~7s，功率40~50W；
（3）停止辐照，吹气体冷却1~2s，完成去除。
本发明可以在玻璃上进行选区打孔，本发明中，选区打孔所使用的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台。
本发明的工作原理是：玻璃是硬脆性很高的材料，在加工过程中很容易产生裂纹，裂纹极具延展性，因此选区去除过程中很容易破坏选区以外的玻璃材料，为了阻止裂纹延展到选区之外，先用绿光或者紫外激光在玻璃中刻写选区形状，选区形状贯穿玻璃厚度方向，每隔100μm进行一次刻写。被刻写处的玻璃出现大量空隙，这些空隙一方面可以降低玻璃的连接强度，另一方面可以限制微裂纹的通过，成为裂纹隔离带。采用40~50W CO2激光离焦1~3mm辐照，使选区温度升高，发生热膨胀，而在辐照之后的吹气冷却1~2s使选区玻璃材料迅速收缩，在选区边缘，也就是绿光或者紫外光制作的裂纹隔离带上产生最大拉应力，选区部分破裂或者整个选区部分与选区外玻璃材料脱离，完成选区去除。
本发明可实现在玻璃基板中直接消除部分材料，形成孔洞而不损坏周围玻璃材料。
本发明的特点是：
1.利用双光束激光进行玻璃选区去除，属于非接触加工。精度高，速度快。
2.有效控制裂纹延展，选区以外玻璃材料不受破坏。
3.CO2激光用来对选区进行离焦辐照升温，光束不必垂直于玻璃表面。
4.用于刻写选区形状的激光器与用来辐照升温的激光器不必同轴，也不必平行。
附图说明
图1 本发明所使用的玻璃选区去除系统的结构示意图
图中：1，刻写裂纹隔离带使用的激光器，2，扫描振镜，3，激光光束，4，z轴运动平台，5，离焦辐照升温激光器，6，计算机，7，玻璃材料
图2 选区去除原理示意图
图中：7，玻璃材料，8，预设的选区去除区域，9，裂纹隔离带，10，激光离焦辐照区域，11，玻璃剖面，12隔离带剖面
图3 厚度为1.1mm的普通玻璃圆形选区去除实物图
具体实施方式
本发明可以在玻璃上进行选区打孔，本发明中，选区打孔所使用的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台等运动控制系统。
其步骤包括：
（1）设置激光振镜运动轨迹，使其根据选区的形状运动。
（2）设定平台在z轴方向位置，在选区打孔开始时，激光焦点应位于玻璃下表面以下。
（3）开启第一束激光，在振镜和平台的联动作用下，激光从玻璃下表面到玻璃上表面，每隔一定距离在玻璃内部加工一次选区形状，从而形成裂纹隔离带。
（4）隔离带加工完成后，用第二束长波长激光离焦辐照选区中心。
（5）关闭长波长激光，吹气冷却，选区去除完成。
所述的z轴方向是指：玻璃材料厚度方向。
所述的联动是指，z轴平台带动玻璃从上向下运动，则激光焦点相对于玻璃做从下向上的运动，从下表面开始，每运动一定距离，振镜工作一次，在当前xy平面加工一次选区形状。直到激光焦点到达玻璃上表面。
所述的第一束激光是指可以在玻璃内部进行聚焦刻写的激光，如绿光激光，紫外激光等。
所述的选区隔离带是指激光器在玻璃内部刻写的、可以有效的阻挡裂纹通过的选区边缘。
所述的第二束激光是指波长10.6μm的CO2激光。
所述的离焦辐照是指在将CO2激光的焦点置于玻璃材料之上1~3mm对玻璃进行辐照，辐照位置在选区内。离焦辐照不局限于垂直辐照，辐照光束可以不垂直于玻璃表面。
首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明选用厚度为1.1mm的普通玻璃作为材料；选用圆形作为去除形状。选用绿光激光刻写隔离带，选用CO2激光对选区进行离焦辐照。
本实例按以下方法进行：将玻璃清洗干净，置于加工平台上；设置绿激光器振镜的扫描路径为直径为3cm的圆，z轴平台每下降100μm振镜扫描一次，同时绿光开启一次，设置绿光功率为500mW。设置z轴平台位置，使绿激光焦点位于材料下表面。开始刻写隔离带。完成后，关闭绿激光，开启CO2激光，调整z平台位置，使CO2激光离焦辐照隔离带内部，离焦量为3mm。辐照时间6s，功率48w，辐照结束后，吹气冷却1s。完成去除。实物图如图3所示。

Claims (1)

1.玻璃的激光选区去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用绿激光或紫外激光在玻璃内部从下到上分多层刻写选区形状，形成裂纹隔离带，每层层间距100μm，激光功率为400~600mW；
（2）利用CO2激光离焦1~3mm辐照选区区域，辐照时间4~7s，功率40~50W；
（3）停止辐照，吹气体冷却1~2s，完成去除。
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