CN103260814A

CN103260814A - 使用具有金面层的支撑构件进行激光切割的设备和方法

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Publication number: CN103260814A
Application number: CN2011800610967A
Authority: CN
Inventors: 吴平凡; 摩西·M·戴维; 布鲁斯·E·泰特; 舍恩·A·舒克内希特; 史蒂文·D·泰斯; 查尔斯·J·斯图丁纳四世; 多诺万·C·C·小卡格
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: US20130270239A1; EP2658674B1; SG191244A1; TWI576192B; WO2012092499A1; CN103260814B; TW201236796A; PL2658674T3; US10286489B2; KR20140005222A; EP2658674A1

Abstract

本发明申请涉及一种用于在激光辐射切割过程中支撑片状材料的设备（52），其包括具有金面层的支撑构件（42）。还限定了使用此类设备切割片状材料的方法。

Description

使用具有金面层的支撑构件进行激光切割的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于激光切割（即，使用激光辐射转换加工诸如光学薄膜的片材）的设备以及使用此类设备的方法。

背景技术

已通过共挤出交替的聚合物层展示了多层光学薄膜。例如，美国专利No.3,610,724（Rogers）、No.4,446,305（Rogers等人）、No.4,540,623（Im等人）、No.5,448,404（Schrenk等人）和No.5,882,774（Jonza等人）各自公开了多层光学薄膜。在这些聚合物多层光学薄膜中，聚合物材料主要用于或完全用于构成各个层。此类膜可以采用大量生产的方法进行制造，并且可制成大型薄板和卷状物形式。在图1中示出了示例性实施例。

在典型的结构中，薄膜主体包括此类多层光学薄膜的一个或多个层（有时被称为“光学层叠件”），并在其一侧或两侧还具有保护层。示例性的保护层包括如位于一侧或两侧上的所谓的“表皮层”，所述“表皮层”包含更稳固的材料，如聚碳酸酯或聚碳酸酯共混物，这些材料赋予结构所需的额外的机械、光学或化学性质。美国专利No.6,368,699（Gilbert等人）和No.6,737,154（Jonza等人）公开了其示例性实例。薄膜主体通常还包括额外的外部保护层，如，可移除的过渡层（有时被称为“前掩蔽层”），它们在早期处理和加工过程中保护着薄膜主体，然后在后来的制造步骤中被移除。示例性例子包括聚乙烯基膜和聚氨酯基膜。在图2中示出了示例性实施例。

然而，很多产品应用需要相对较小且片数众多的薄膜。对于这些应用，小片的多层光学薄膜能够通过用机械装置分割此类薄膜的较大片材来获得，所述片材的分割例如通过用剪切装置（如，剪刀）切割片材、或用刀片裁切片材，或用其他机械设备（如，印模冲压机和裁切机）进行切割。然而，切割机构施加到膜上的力可能导致沿着切割线或膜边缘的区域中发生分层。对于多种聚合物多层光学薄膜尤其如此。所得的分层区域通常由于相对于膜的完整区域发生了变色而可被分辨出来。因为多层光学薄膜依赖各个层的紧密接触而产生所需的反射/透射特性，所以由于分层区域中存在降解，故其未能提供那些所需的特性。在某些产品应用中，分层可能不会带来问题，或甚至是值得注意的。在其他应用中，特别是在几乎整片薄膜从边缘到边缘显示具有所需的反射或透射特性是十分重要的应用中、或薄膜能够经受住可能引起分层随时间推移在薄膜中蔓延的机械应力和/或宽范围温度变化的应用中，分层可能是非常有害的。

美国专利No.6,991,695（Tait等人）公开了使用激光辐射来切割或细分光学薄膜的方法，尤其是使用可移除衬垫来支撑薄膜并将薄膜切成小片的方法。虽然人们知道可用激光来转换加工聚合物材料已有一段时间了，参见如美国专利No.5,010,231（Huizinga）和No.6,833,528（De Steur等人），但是仍需要对针对光学薄膜主体的激光转换加工进行改进。

典型的设备包括激光辐射源和支撑构件，激光辐射源发射出合适的激光辐射对材料进行切割，而支撑构件将材料以相对于激光辐射源所需的取向（如，有效聚焦区域内的平坦取向）支撑着。由于光学薄膜相对较薄的实质以及所用激光辐射的聚焦范围狭窄，所以在很多情况下，在激光照射过程中将材料保持为平坦取向是很重要的。不锈钢支撑构件具有此类用途是人们熟知的，部分原因是它可以实现一致平坦的构型。另外，使用带构型的支撑构件能够实现较高的运作效率和实用性是熟知的。

然而，不锈钢可能很难保持清洁，并且其吸光度特性受到热点形成的影响，形成热点可能导致不锈钢支撑构件或受切割材料受到损坏。

因此，激光转换加工操作（如，用于对光学薄膜进行激光转换的过程中的激光转换加工操作）需要改善的支撑构件。

发明内容

本发明提供用于进行激光转换加工（即，切割）片状材料的设备，以及使用此类设备转换加工薄板片材的方法。该方法具有许多优点，包括提高了激光转换加工片状材料（例如，光学薄膜）的效果和效率。

在发明内容中，本发明的设备为尤其包括支撑构件的激光照射台，所述支撑构件包括在其主表面上具有金面层的背衬。已发现此类支撑构件在用于支撑工件（例如正在进行激光转换的光学薄膜）时具有很多优点。

另外，提供了在激光转换加工片状材料时使用此类支撑构件的方法，如下所述。

已发现在对片状材料（特别是光学薄膜）的激光转换加工过程中使用如本文所述的支撑构件具有令人惊讶的优势。在精确的制备工艺例如对光学薄膜进行转换的过程中，薄膜必须以规格和构型稳定的方式位于平坦表面上。为了获得所需的精细切割，使激光辐射以有限的焦深精密聚焦。

附图简述

结合附图对本发明进行进一步说明，其中：

图1是示例性多层光学薄膜的放大了很多倍的透视图；

图2是示例性多层光学薄膜主体的一部分的剖视图；

图3是本发明的示例性支撑构件的横截面示意图；并且

图4是本发明的示例性激光转换加工过程和设备的示意图。

这些图未按比例绘制，它们仅是用于展示，并不限制本发明。

具体实施方式

由端点表述的数值范围包括该范围内包含的所有数值（例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）。如本说明书以及附加的权利要求书中所使用，除非内容有另外清楚的表述，否则单数形式的词语“一个”和“所述”包含复数语词所指的对象。因此，例如，包含“一种化合物”的组合物这一表达方式包括包含两种或更多种化合物的混合物。如本说明书以及附加的权利要求书中所使用，术语“或”一般以包含“和/或”的意思使用，除非内容有另外清楚的表述。

支撑构件

本发明的示例性支撑构件42的横截面在图3中示出。在该实施例中，支撑构件42包括具有第一和第二主表面的背衬44。在其第一主表面上依次是可选的粘结层46、金面层48和可选的低表面能涂层50。

支撑构件可以采用任何所需的构型，如，简单的台板、托盘等，然而要改善运作效率通常优选采用连续带构型。

背衬44通常为支撑构件42提供大部分结构完整性，由此赋予足够的强度和规格稳定性等，以使得支撑构件42能够将待转换加工的片状材料支撑在其上，从而在整个转换加工过程中进行操纵。在一个优选的实施例中，支撑构件采用连续带的形式，该形式具有足够的柔韧度以弯曲通过设备，同时对施加到其上的张力（如，张力辊上的张力）展现出足够的拉伸强度和规格稳定性，从而得到平坦的转换加工区域。虽然本领域的技术人员可以选择其他合适的背衬44材料，但通常优选不锈钢（如，316不锈钢）。

在优选的实施例中，一个或多个粘结层46设置在金面层48和背衬44之间。此类粘结层可用于提高背衬44和金面层48之间的粘附力，并赋予金层增强的硬度和耐刮擦性。合适的粘结层材料的示例性例子包括氮化钛、氮化锆、氮化钛铝，以及它们的组合。

在一些实施例中，可在金面层中掺入硬化添加剂（例如钴），以增强其硬度和耐刮擦性而不会不可取地削弱其反射特性。

金层被称为面层的原因在于，在其使用中，在将激光辐射施加到正进行转换加工的片状材料期间，穿透片状材料（因为片状材料被切穿）的激光辐射、或从片状材料的连续部分之间穿过（如果光束未发生脉冲断路）的激光辐射入射到金层而不是下面的背衬或粘结层（如果有的话）。金面层位于激光辐射的预期光学通道中，从而屏蔽支撑构件的底层元件，如，背衬等。

在一些实施例中，金面层可以基本上覆盖背衬的整个表面。在其他实施例中，金面层未完全覆盖背衬的整个表面，如，支撑构件的一个或多个侧边可能未被覆盖，如以便提供可以不接触到金面层而抓握的部分。

我们发现使用如本文所述的金面层具有多个令人惊讶的优势，特别是当执行对光学薄膜的激光转换加工时。

通常情况下，在激光照射操作过程中，激光能量的一部分完全穿透工件并入射到下面的支撑表面上。不锈钢支撑表面的问题是不锈钢往往会吸收很大一部分此类入射激光辐射，从而导致温度升高，这可能会损坏不锈钢支撑件或正被转换的片状材料。例如，很多光学薄膜的聚合物性质使得它们容易变得过热，这可能会破坏其中的精细结构，而要获得所需的光学性能必须保持该精细结构。

金的反射性显著高于钢，因此在激光辐射过程中金面层将下面的不锈钢背衬屏蔽起来，从而减少了热的积聚，并将支撑构件和其上支撑着的光学薄膜的损坏降至最低程度。金是更有效的红外反射器，如，在约10微米的波长下显示具有约99%的反射率，而不锈钢在该波长下仅具有约80%的反射率。其次，金是有效的热导体，因此它将激光切割过程中产生的热有效传导到远离目标区域处，从而降低了残余热对工件的不良影响，并降低了损坏带的热点形成的可能性。

由于金的表面能较高，所以在激光转换切割过程中生成的碎屑可能往往会粘到支撑构件的表面上。就带构型而言，当带的该部分移动返回就位时，这些碎屑可能往往会转移到新的被转变的薄膜上。即使这些碎屑没有从带转移到后续工件上，它也将趋向于吸收激光能量并可能导致带或后续工件发生局部损坏。

因此，通常优选的是对带进行清洁以及赋予工作表面较低表面能的性质。

由于金基本上是化学惰性的，故其通常能够用施加的溶剂或其他清洁剂轻松清洗以除去其上的碎屑。如图4所示，在一个优选的实施例中，设备52包括润湿清洁辊66和干燥辊68，用于清洁支撑构件42。清洁辊以与带相反的方向旋转，从而提供刷洗动作并施加所选的润湿清洁剂。在所示构型中，干燥辊还充当带的张力辊，用于使激光转换加工部分保持平坦。

在一些实施例中，可选的外层50可以应用到覆盖有金面层48的支撑构件42的暴露表面上。例如，可使用合适的低表面能层来提高表面的可清洁性和其他物理特性。

在一些实施例中，例如在美国专利No.6,696,157（David等人）中有所公开的类金刚石玻璃涂层设置在支撑构件的正面作为外层。此类涂层能够赋予支撑构件物理耐久性。由于它们能够被制造为具备高透射性，所以它们不会妨碍激光辐射和下面的金面层之间所需的相互作用。

可选的较低表面能外层的其他示例性例子包括薄的聚乙烯膜。此类材料的成本低，并能够呈现对激光辐射的低吸收性。具有此类可选涂层的支撑构件能够通过移除和替换低表面能层而易于进行修复。

已经观察到，在向背衬表面施加金面层和其他层之前，为背衬表面提供精细纹理（如，刷涂不锈钢）往往会降低所得的支撑构件产生的镜面反射程度（通过增强反向散射程度），从而获得清洁切割作用。

在一些实施例中，所述支撑构件基本上是连续的。在一些实施例中，所述支撑构件中具有一些通道，即，穿过背衬、金面层等，以允许施加真空从而将片状材料以平坦构型牢固地保持在支撑构件上，且在激光辐射过程中仍保持不动。

激光转换加工设备

本发明的示例性连续激光转换加工设备的示意图在图4中示出。

在该实施例中，支撑构件42是具有根据本发明的金面层的不锈钢带。支撑构件42被构造为保持在张力下且被辊56、58推进的连续带。

提供光学薄膜62，其从轧辊60下方通过，从而稳固且平整地固定在支撑构件42上。在其上具有光学薄膜62的支撑构件42前进通过激光辐射台54，即，激光辐射所射向的片状材料上的目标位置，从而根据需要进行切割。光学薄膜可以以任何所需构型提供，如，连续卷、预切割片材或薄片等。

选择的激光器能够提供用于切割光学薄膜或其他待切割的片状材料的合适辐射。应当理解，激光源和薄膜中的一者或两者可以相对于彼此移动，从而获得所需的切割图案。

切割之后，被转变的光学薄膜64（如，具有合意的形状和大小的小片）被运送到接收进一步加工的地方、并入其他产品等。

支撑构件42前进通过清洁辊66。在本实施例中，示出的清洁辊66将台面转到支撑构件42的方向，从而提供有效的清洁作用并从支撑构件除去碎屑。清洁辊66可以施加液体溶剂或其他合适的清洁剂，以便更有效地清洁支撑构件42的表面。在清洁辊66之后，支撑构件接触经过干燥辊68（如，柔软表面），该干燥辊移除来自支撑构件42的剩余碎屑、污垢和清洁剂。合适的替代清洁机制对于本领域内的技术人员将显而易见。

薄膜主体

本发明所用的薄膜主体包括构成多层光学薄膜或层叠件的那些，其具有第一和第二主表面以及在主表面的至少一侧、通常是两侧上的聚合物表皮层。该薄膜主体通常还包括位于表皮层外侧的前掩蔽层。在图2中示出了示例性实施例。薄膜和表皮层具有不同的吸收光谱，这给激光转换加工带来麻烦。

如本文所用，“多层光学薄膜”是指厚度通常不超过约0.25mm（一英寸的千分之十，或10密耳）的延伸光学主体。在某些情况下，可将膜固定或施加到另一个光学主体（诸如刚性基底）上或另一个具有合适反射或透射特性的膜上。该膜也可是物理柔性的形式，不管它是自立式的，还是固定到其他柔性层上的。

图1描述了本发明中所用的示例性多层光学薄膜20。该薄膜包括多个单独的微层22、24。这些微层具有不同的折射率特征，以使得某些光在相邻微层间的界面处被反射。微层的厚度足够薄，使得多个界面处反射的光之间产生相长干涉或相消干涉，从而使薄膜主体具有所期望的反射特性或透射特性。对于设计用来反射紫外、可见或近红外波长处的光的光学薄膜来说，各微层一般具有小于约1μm的光学厚度（即，物理厚度乘以折射率）。然而，其中也可以包括更厚的层，例如薄膜外表面处的表皮层或设置在薄膜内部、将多个微层组件隔开的保护性边界层。多层光学薄膜20也可以包括一个或多个厚的粘合剂层，以便将叠层中的两片或更多片的多层光学薄膜粘合。

多层光学薄膜20的反射特性和透射特性随各个微层折射率的变化而变化。每个微层至少在薄膜的局部位置处可以通过面内折射率n_x、n_y和与薄膜的厚度轴相关的折射率n_z加以表征。这些折射率分别表示所讨论的材料对沿相互垂直的x、y和z轴偏振的光的折射率（参见图1）。在实施中，通过合理的材料选择和加工条件来控制折射率。薄膜主体20的制作方法是：将通常有几十或几百层的交替层叠的两种聚合物A和B共挤出，然后可任选地将该多层挤出物通过一个或多个倍增用模具，接着对挤出物进行拉伸或者以其他方式对挤出物进行取向，以形成最终的膜。所得膜通常由几十或几百个单独的微层组成，调整微层的厚度和折射率，从而在所期望的光谱区域（如可见光区或近红外光区）内形成一个或多个反射带。为了通过适当数量的层来获得高的反射率，优选的是，相邻微层针对沿x轴偏振的光的折射率差值Δn_x为至少0.05。如果希望对两个正交偏振的光具有高的反射率，那么优选相邻微层对于沿y轴偏振的光也具有至少0.05的折射率差值Δn_y。除此以外，折射率差值Δn_y可以小于0.05，并优选为约0，以制备这样的多层叠堆，该叠堆反射某一偏振态的垂直入射光并透射与之正交的偏振态的垂直入射光。

如果需要，还可以调整针对沿z轴偏振的光而言相邻微层间的折射率差值（Δn₂），以便得到对于倾斜入射光的p偏振分量的期望反射特性。为了方便解释下文所述内容，在干涉膜上的任何关注的点处，x轴都将视为在膜的平面内取向的，使得Δn_x的量值为最大。因此，Δn_y的量值可以等于或者小于（但是不能大于）Δn_x的量值。此外，在计算差值Δn_x、Δn_y和Δn₂时对起始材料层的选择由Δn_x为非负值这样的要求来确定。换句话讲，形成界面的两层之间折射率的差值是Δnj=n_1j-n_2j，其中j=x、y或z，并且其中选择层的标号1、2，使得n_1x≥n_2x，即，Δn_x≥0。

为了维持倾斜角度的p偏振光的高反射率，微层之间的z轴折射率失配Δn_x可以被控制为显著小于最大面内折射率差值Δn_x，以使得Δn_x≤0.5*Δn_x。更优选地，Δn_x≤0.25*Δn_x。量值为零或几乎为零的z轴折射率失配产生了微层之间的这样的界面：取决于入射角，该界面对p偏振光的反射率为常数或几乎为常数。此外，z轴折射率失配Δn_x可以被控制为具有与面内折射率差值Δn_x相反的极性，即Δn_x<0。此条件会产生这样的界面，该界面对p偏振光的反射率随入射角的增加而增大，对s偏振光的情形也一样。

可用于制造多层聚合物光学薄膜的示例材料可见于PCT专利公开WO99/36248（Neavin等人）中。符合需要的是，其中至少一种材料是应力光学系数具有较大绝对值的聚合物。换句话讲，当对该聚合物进行拉伸时，其优选产生较大的双折射率（至少约0.05，更优选为至少约0.1或甚至0.2）。根据该多层薄膜的应用，可以在该薄膜平面内的两个正交方向之间、或者在一个或多个面内方向与垂直于薄膜平面的方向之间产生双折射，或者为它们的组合方式。在各个未拉伸的聚合物层所具有的各向同性的折射率之间差异较大的特殊情况下，尽管往往仍希望其具有双折射性，但可以放宽对至少一种聚合物具有较大双折射率这一优选条件的要求。当选择聚合物用于反射镜薄膜和偏振薄膜（这些膜采用双轴工艺制成，该工艺在两个正交的面内方向上对膜进行拉伸）时，会出现这种特殊情况。此外，理想的聚合物应能够在拉伸后保持双折射性，从而将所期望的光学特性赋予薄膜成品。可以选择第二聚合物用于多层薄膜的其他层，以使得薄膜成品中的第二聚合物在至少一个方向上的折射率会与第一聚合物在同一方向上的折射率明显不同。为了方便起见，可以这样制膜：使用仅仅两种不同的聚合物材料，并在挤出过程中将这两种材料交替设置，以形成交替的层A、层B、层A、层B...，如图1所示。然而，交替设置仅仅两种不同的聚合物材料并不是必须的。取而代之的是，多层光学薄膜的每一层均可以由不在该薄膜的其他层中使用的独特材料或共混物构成。优选地，被共挤出的聚合物具有相同或相似的熔融温度。

既提供合适的折射率差值又提供合适的层间附着力的示例性双聚合物组合包括：（1）对于主要用单轴拉伸方法制备的偏振多层光学薄膜而言，该组合为：PEN/coPEN、PET/coPET、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/EASTAR^TM和PET/EASTAR^TM，其中“PEN”指聚萘二甲酸乙二醇酯，“coPEN”指基于萘二羧酸的共聚物或共混物，“PET”指聚对苯二甲酸乙二醇酯，“coPET”指基于对苯二甲酸的共聚物或共混物，inchessPSinches指间规立构聚苯乙烯和它的衍生物，并且EASTAR^TM为可从伊士曼化学公司（Eastman Chemical Co.）商购获得的聚酯或共聚酯（据信包含环己烷二亚甲基二醇单元和对苯二酸酯单元）；（2）对于通过双轴拉伸方法制备的偏振多层光学薄膜而言，该组合为：PEN/coPEN、PEN/PET、PEN/PBT、PEN/PETG和PEN/PETcoPBT，其中“PBT”指聚对苯二甲酸丁二醇酯，“PETG”指使用第二种二元醇（通常是环己烷二甲醇）的PET的共聚物，并且“PETcoPBT”指对苯二甲酸或其酯与乙二醇和1,4-丁二醇的混合物的共聚酯；（3）对于反射镜膜（包括有色的反射镜膜）而言，该组合为：PEN/PMMA、coPEN/PMMA、PET/PMMA、PEN/ECDEL^TMPET/ECDEL^TMPEN/sPS、PET/sPS、PEN/coPET、PEN/PETG和PEN/THV^TM，其中“PMMA”指聚甲基丙烯酸甲酯，ECDEL^TM为可从伊士曼化学公司（Eastman Chemical Co.）商购获得的热塑性聚酯或共聚酯（据信含有环己烷二羧酸酯单元、聚四亚甲基醚二醇单元和环己烷二甲醇单元），并且THV^TM为可从3M公司商购获得的含氟聚合物。

有关合适的多层光学薄膜及其相关构造的更详细的信息可见于美国专利No.5,882,774（Jonza等人）和PCT专利公开WO95/17303（Ouderkirk等人）和WO99/39224（Ouderkirk等人）。多层聚合物光学薄膜和薄膜主体可以包括为了满足其光学、机械和/或化学特性而选择的附加层和涂层。参见美国专利No.6,368,699（Gilbert等人）。聚合物薄膜和薄膜主体也可以包括无机层，例如金属或金属氧化物涂层或层。

在简单的实施例中，所述微层的厚度可相当于1/4波长叠堆，即，布置于光学重复单元或单位晶胞中，每个所述光学重复单元或单位晶胞基本上由两个邻近的、光学厚度（f-比率=50%）相同的微层组成，这类光学重复单元可通过相长干涉有效地反射光，被反射的光的波长λ是光学重复单元的总光学厚度的两倍。此类装置在图1中示出，其中聚合物A的微层22与聚合物B的微层24相邻，形成了在整个叠堆中重复的单位晶胞或光学重复单元26。沿膜厚度轴（如，z轴）的厚度梯度可用于提供加宽的反射带。也可使用定制为使这类反射带边缘锐化的厚度梯度，正如美国专利No.6,157,490（Wheatley等人）中所讨论的一样。

还可以想到其他层结构，例如2-微层光学重复单元的多层光学薄膜（其f-比率不同于50%），或光学重复单元基本由两个以上的微层组成的膜。这些替代性光学重复单元设计能够减少或消除某些高阶反射。参见（例如）美国专利No.5,360,659（Arends等人）和No.5,103,337（Schrenk等人）。

在多个实施例中，根据所需的应用，光学叠堆的厚度从约2微米至约120微米（200纳米至50密耳），并且在多个实施例中该厚度优选为约0.5密耳（12.7微米）。

图2示出了本发明的示例性薄膜主体，其包括具有第一主表面30和第二主表面32的多层光学叠堆20。在该实施例中，薄膜主体包括位于主表面30和32上的两个聚合物表皮层34、36，并且还包括可选的前掩蔽层38、40。在示例性实施例中，光学叠堆包含50%的低熔点PEN和50%的PETG且厚度为0.5密耳，表皮层包含SA115聚碳酸酯且厚度为0.2密耳，并且前掩蔽层包含聚乙烯且厚度为31微米。

表皮层通常包含聚碳酸酯或聚碳酸酯共混物，其在薄膜的制造、处理、加工转化等过程中在光学叠堆的至少一侧并通常为两侧上使用，并用于最终的应用中。此类薄膜稳固的物理性能避免光学叠堆发生降解，使得所需的光学性能特性得以保持。

在许多情况下，在表皮层的外面设置前掩蔽层。示例性例子包括在制造过程中用于覆盖表皮层（其与光学叠堆一起通常成为最终制品的一部分）的聚乙烯（如，LDPE、MDPE和HDPE）和聚氨酯材料。聚乙烯通常是优选的，因为它的成本较低且具有柔韧性。如果使用了聚酯前掩蔽层，则由于其很难对激光切割作出响应，所以在根据本发明的激光转换加工过程中通常将其移除（如，剥开）。

实例

参照如下示例性实例进一步描述本发明。

示例性支撑构件按如下所述进行制造，然后暴露于激光辐射（例如可用于转换加工操作的激光辐射）中，从而评估易于因为激光辐射而造成损坏的程度。

实例1

使用KDF603溅射装置制造涂覆金的钢带支撑构件的两个样品。该装置具有在溅射靶材前方水平通过的13英寸×13英寸基底台板。这通常称为“侧面溅射”，因为目标既不指向上方、也不指向下方，反而指向侧面。溅射靶材是具有两个分开的电源接头的分裂靶材。一侧是半宽的钛靶，另一侧是半宽的金靶。

在沉积之前用丙酮和IPA对两个钢带样品分别进行清洗，以去除任何表面油渍。使用KAPTON^TM条带将样品各自附接到台板。各个样品独立运行。清洁之后，将样品放置在预真空锁中，然后用机械泵将该预真空锁抽空。然后将样品台板转移到主舱室中，在此处样品通过低温泵泵送，直到主舱室达到其基准压力为止。对于两个样品而言，钛沉积之前的基准压力为7.1×10^-6托，金沉积之前的基准压力为5.9×10^-6托。

具体的沉积条件如下所示：

钛沉积：

1.在1kW下将钛靶预溅射2分钟。

2.使用速度为51cm/min的单次扫描（提供

）。

3.氩气流速：70标准立方厘米/分钟或sccm（设定值）/（68sccm，实际值）

4.气体压力：6.5mT

5.目标电压：570V

金沉积：

1.在1kW下将金靶预溅射15秒。

2.以51cm/min的速度完成两次扫描或四次

3.氩气流速：50sccm（设定值）/48sccm（实际值）

4.气体压力：4.6mT

5.目标电压：587V

过渡层为钛（在一次扫描中涂覆，或厚度为约75nm）。金的厚度为300nm（扫描四次）。在该实验中，在金面层的顶部没有形成低表面能层。

不锈钢的一部分未被涂敷，以使得可以与激光辐射对常规的不锈钢支撑件表面的效应相比较。

使用Coherent E-400激光器，将支撑构件暴露在若干不同的辐射条件下。将激光传递到GSI扫描仪，估计焦斑大小为约250微米。根据激光脉冲重复频率（100kHz，或1kHz）、线扫描速度（即，100mm/s）和激光脉冲占空比的条件设置每一个扫描行。使用该激光器时，100kHz非常接近于连续波（CW）模式，而1kHz的脉冲重复频率接近于脉冲模式。激光输出在表1中示出。

表1

据观察，单脉冲能量和激光功率参数确定了支撑构件将发生损坏的阈值。在高重复频率（100kHz）或准CW模式下，不锈钢在253W和150mm/s的扫描速度下开始发生损坏。当激光扫描行速度逐渐下降而激光功率不变（即，为253W）时，不锈钢发生严重损坏，但当到达金面层时损坏停止。当以较慢的速度30mm/s辐射时，不锈钢的甚至背表面也产生变形，但是涂覆金的部分仍未发生损坏。只有当激光功率增加到超过400瓦（或50%占空比）并且扫描速度为100mm/s时，才观察到金面层的损坏。

当激光为脉冲模式（即，1kHz脉冲重复模式）时，金层更容易受到损坏，因为单脉冲能量高得多。不锈钢表面在115瓦（10%占空比）下开始呈现出损坏，而金面层在224瓦（20%占空比）下开始受到损坏。因此，金面层显著提高了损坏阈值。

实例2

在该实例中，将低表面能层施加到不具有金面层的不锈钢上。使用了两种不同的涂层，即，（1）类金刚石碳（“DLC”、氢化非晶碳或a-C:H）以及（2）氟化类金刚石碳（“FDLC”）。涂层各自用PLASMA-THERM^TM反应性离子蚀刻机（PLASMA-THERM^TMReactive Ion Etcher）来施加。

采用以下步骤在不锈钢上完成DLC涂层：

步骤1：以500sccm的流速和2000瓦的功率在氧等离子体中处理60秒。

步骤2：以150sccm的流速和2000瓦的功率由四甲基硅烷（TMS）蒸气沉积非晶碳化硅粘结层30秒。所得的a-Si:C:H（氢化非晶碳化硅）涂层厚度为约100nm。

步骤3：以200sccm的流速和2000瓦的功率由丁烷气体沉积类金刚石碳膜120秒。所得DLC涂层的厚度为约250nm。

采用以下步骤完成FDLC涂层：

步骤1：相同

步骤2：相同

步骤3：分别以200sccm和100sccm的流速和2000瓦的功率由丁烷和全氟丙烷气体的混合物沉积FDLC120秒。所得FDLC涂层的厚度为约300nm至400nm。

在不存在金面层的情况下，较低表面能层甚至远远比未涂覆的不锈钢层更早地受到损坏。在238W激光功率、CW模式和150微米焦距下，DLC和FDLC涂层两者在5000mm/s的扫描速度下开始受损，而不锈钢在低于2500mm/s的速度下经历损坏。

实例3

在该实例中，使用了具有150nm厚金面层的支撑构件和与实例1中相同的过渡层。

使用以下步骤在金层上方施加非晶氟化碳化硅（a-Si:C:F:H）防粘涂层：

步骤1：以150sccm的流速和200瓦的功率由四甲基硅烷（TMS）蒸气沉积碳化硅粘结层30秒。所得SiC层的厚度为约20nm。

步骤2：通过将四甲基硅烷（TMS）和全氟丙烷（C₃F₈）气体混合以150sccm的流速沉积氟化有机硅碳化物各自10秒（以200瓦的功率）。所得氟化有机硅碳化物层的厚度为约40nm。

步骤3：以150sccm的流速由全氟丙烷沉积氟化碳20秒（以200瓦的功率）。

与实例1类似，在脉冲模式（1kHz）和准连续模式（100kHz）两者下，借由约250微米的激光焦斑大小来激光辐射支撑构件。在100kHz和253瓦的激光功率（30%占空比）下，在约1000mm/s的激光扫描速度下观察到不锈钢的斑纹。相比之下，甚至在小于约50mm/s的扫描速度下仍未观察到金面层上的斑纹。

在1kHz的重复频率下，当激光器处于53瓦（5%占空比）和200mm/s下时观察到对未涂覆的不锈钢带的损坏。在200mm/s的扫描速度下，在将激光功率升高到224瓦（20%占空比）以上之前未观察到对金面层的损坏。金面层上的损伤阈值类似于不存在低表面能涂层时的损伤阈值。

实例4

在该实例中，使用了具有300nm厚金面层的支撑构件和与实例1中相同的过渡层。

按以下步骤涂覆低表面能涂层，即，FOMBLIN^TM封端的类金刚石玻璃（a-Si:C:H:O，或氢化氧硅碳化物）：

步骤1：以500sccm的流速和500瓦的功率在O₂等离子体中处理60秒。

步骤2：以150sccm的流速在四甲基硅烷（TMS）蒸气等离子体中处理10秒（以500瓦的功率），得到15nm厚的TMS。

步骤3：以500sccm的流速和500瓦的功率在O₂等离子体中处理60秒以制备DLG表面，该DLG表面用于Fomblin-硅烷到DLG的后续接枝。

步骤4：随后将经氧气等离子体处理的DLG膜浸没在Fomblin-硅烷溶液（可得自3M公司的3M^TMNOVEC^TM电子涂层EGC-1770）中且在烘箱中在250℃下烘焙5分钟，得到10nm至20nm厚的a-Si:C:H:O涂层。

发现与其他三个实施例相比，该实施例提供最佳的释放能力。

当暴露于激光辐射时，借由约250微米的激光焦斑大小，在100kHz和253瓦的激光功率（30%占空比）下，当激光扫描速度为约200mm/s时观察到不锈钢表面（具有DLC涂层）上的激光斑纹。相比之下，甚至当扫描速度小于约100mm/s时仍未观察到金面层部分上的斑纹。

在1kHz重复频率下，当激光器处于115瓦（10%占空比）和200mm/s下时观察到对带的非金部分的损坏。相比之下，在200mm/s的扫描速度下，在激光功率高于270瓦（25%占空比）之前未观察到对涂覆金的部分的损坏。金面层上的损伤阈值类似于不存在低表面能涂层时的损伤阈值。

从这些实例，显而易见的是使用金面层显著增大了带的损伤阈值。

尽管对本发明结合其优选实施例并参照附图进行了全面描述，应注意各种变化和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。这种变化和修改应理解为包含于由所附权利要求书所定义的本发明的范围内，除非它们脱离本发明的范围。本文所引用的全部专利和专利申请均全文以引用方式并入。

Claims

1.一种用于激光转换加工片状材料的设备，所述设备包括：

具有金面层的支撑构件；以及

激光辐射台，

其中所述支撑构件被构造为将片状材料以目标位置支撑到所述激光辐射台。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述支撑构件为连续带。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述支撑构件包括背衬元件。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述支撑构件包括不锈钢背衬。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述支撑构件依次包括背衬元件、粘结层、所述不锈钢背衬、位于所述不锈钢背衬的第一面上的可选的硬度增强层、过渡层、金面层以及透射性低表面能涂层。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述粘结层包含氮化钛、氮化锆、氮化钛铝以及它们的组合中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述支撑构件具有从其中穿过的真空通道。

8.一种激光转换加工片状材料的方法，包括：

（1）提供权利要求1所述的设备；

（2）提供所述片状材料；以及

（3）将激光辐射导向至所述片状材料，从而在所述片状材料中形成切口。