CN106316090A - 一种激光切割超薄强化玻璃的方法 - Google Patents

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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

本发明提出了一种激光切割超薄强化玻璃的方法，与市场现有机械CNC磨削加工相比，激光束的能量以一种非接触的方式对玻璃进行切割，避免了因机械接触而造成的崩边崩裂等缺陷；同时激光因为热作用区域小，端面切割质量更高；对于超薄的强化玻璃，激光可以做到良好切割而CNC磨削已经无法加工；与皮秒振镜激光消融技术相比，由于聚焦后光束垂直玻璃样品表面扫描，故消除了玻璃端面的锥度进而提升了样品径向承压能力；切割过程是一次成型，其样品端面粗糙度大幅度减小进而提升了样品质量，且加工速度优于振镜扫描方式，适合大批量生产进而大大提升了产品合格率，有助于工业应用。

Description

一种激光切割超薄强化玻璃的方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术，尤其涉及一种激光切割超薄强化玻璃的方法。
背景技术
随着智能手机功能的不断完善，指纹识别功能已逐渐成为主流智能手机的标准配置，指纹识别玻璃的需求量也与日俱增。在手机朝着轻量化、微型化、低成本化发展的同时，指纹识别玻璃也由原来的0.3mm厚蓝宝石朝着0.2mm甚至更薄的普通钢化玻璃转变，这使得指纹识别玻璃已经无法采用传统的CNC加工获得。
目前指纹识别玻璃的主要加工方法为皮秒激光消融法。皮秒激光消融法是采用脉冲宽度为皮秒级别的激光配合振镜使激光在玻璃上反复扫描，在超高能量密度激光的周期性作用下，激光扫描轨迹区域玻璃融化甚至汽化使得样品直接与母材分离从而达到切割效果。由于激光是配合振镜扫描，出射光与样品呈一定角度进而导致样品切割端面保有微小锥度，这直接影响了样品的径向受压能力。且切割过程是由多次扫描完成，这种加工方式造成了样品端面出现分层，在显微镜下可以看到端面不在一个平面，此时端面粗糙度较大影响样品质量。
中国发明专利CN103964682A公开了一种激光切割玻璃的方法。其通过超短脉冲直接聚焦于玻璃表面，激光束在玻璃表面按预先设定路径扫描，焦点会在玻璃内部形成多个微裂点；微裂点沿着扫描路径会组成切割层，此时施加外力于玻璃使得玻璃沿着切割层路径断裂可到到切割效果。该切割方法为一次成型，端面整齐粗糙度小；但该方法适用于厚度大于0.4mm玻璃，当玻璃厚度小于0.3mm在完成切割后施加外力使其分离时发现玻璃会有严重的崩边和挂渣缺陷，导致切割后成品率低下。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种端面整齐、生产合格率高的激光切割超薄强化玻璃的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种激光切割超薄强化玻璃的方法，包括以下步骤，
S1，利用皮秒激光器发出的激光束通过聚焦镜聚焦后在玻璃来料表面切割出玻璃样品外形轨迹；
S2，采用射频激光器发出的激光束在步骤S1得到的轨迹外侧边沿扫描，直至玻璃样品从玻璃来料中分离。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1还包括，利用皮秒激光器发出的激光束通过聚焦镜聚焦后在玻璃来料表面切割出辅助分离轨迹。进一步优选的，步骤S1中，先在玻璃来料表面切割出矩阵排列的玻璃样品外形轨迹，所述玻璃样品外形顶角为圆弧，相互距离最近的四个玻璃样品的四个最近的顶角之间有十字交叉的辅助分离轨迹，另有弧形辅助分离轨迹，弧形辅助分离轨迹与十字交叉的辅助分离轨迹相交且与玻璃样品外形圆弧顶角的两夹边相切。
在以上技术方案的基础上，所述玻璃来料1厚度范围为0.1mm～2.0mm，深度范围为0～20μm。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中射频激光器为CO2射频激光器，波长范围为355nm～1064nm。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中射频激光器激光束焦点光斑直径为0.1mm～0.5mm。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中射频激光器功率范围为30W～100W。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中射频激光器发出的激光束扫描的轨迹与步骤S1得到的轨迹之间的距离为0.05mm～0.2mm。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中相邻的玻璃样品外形轨迹2之间的距离大于等于1mm。
本发明的激光切割超薄强化玻璃的方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)与市场现有机械CNC磨削加工相比，激光束的能量以一种非接触的方式对玻璃进行切割，避免了因机械接触而造成的崩边崩裂等缺陷；同时激光因为热作用区域小，端面切割质量更高；对于超薄的强化玻璃，激光可以做到良好切割而CNC磨削已经无法加工；
(2)与皮秒振镜激光消融技术相比，由于聚焦后光束垂直玻璃样品表面扫描，故消除了玻璃端面的锥度进而提升了样品径向承压能力；切割过程是一次成型，其样品端面粗糙度大幅度减小进而提升了样品质量，且加工速度优于振镜扫描方式，适合大批量生产；
(3)仅通过非接触式的热加工工序通过材料的热膨胀就能实现快速样品分离，进而大大提升了产品合格率，有助于工业应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明激光切割超薄强化玻璃的方法的示意图；
图2为图1区域A的放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的激光切割超薄强化玻璃的方法，包括以下步骤，
首先，利用皮秒激光器发出的激光束通过聚焦镜聚焦后在玻璃来料1表面切割出玻璃样品外形轨迹2。具体的，可采用中国发明专利CN 103964682A的方法。在工业应用中，为了方便大批量生产，玻璃样品外形轨迹2呈矩阵排列。针对目前智能手机和平板电脑的指纹识别玻璃，所述玻璃样品外形顶角为圆弧。具体的，所述玻璃来料1厚度范围为0.1mm～2.0mm，深度范围为0～20μm。
然后，利用皮秒激光器发出的激光束通过聚焦镜聚焦后在玻璃来料1表面切割出辅助分离轨迹3，方便玻璃样品与玻璃来料1分离，避免了因外力作用造成的崩边和挂渣缺陷。具体的，相互距离最近的四个玻璃样品的四个最近的顶角之间有十字交叉的辅助分离轨迹31，另有弧形辅助分离轨迹32，弧形辅助分离轨迹32与十字交叉的辅助分离轨迹31相交且与玻璃样品外形圆弧顶角的两夹边相切。
最后，采用射频激光器发出的激光束在玻璃样品外形轨迹外侧边沿扫描，直至玻璃样品从玻璃来料中分离。在激光热分离过程中，采用CO2振镜激光器将激光沿着玻璃样品外形轨迹2以及辅助分离轨迹3外侧边沿扫描。此时玻璃表面因强化处理形成压应力，玻璃内部形成挤压，在热作用下造成玻璃膨胀(玻璃膨胀系数为(5.8-150)×10-7/℃)，此时辅助裂片轨迹可以使得废料优先脱离玻璃来料1，故样品外缘微裂层获得扩展空间，且在热膨胀作用下沿微裂层扩展，最后废料沿着预切割轨迹完全脱裂进而获得良好样品。此时样品因为自由分离，避免了外力作用造成的机械损伤，此时玻璃样品外缘崩边和挂渣缺陷大大降低，切割质量大幅度提升。
具体的，所述步骤S2中射频激光器为CO2射频激光器，波长范围为355nm～1064nm。
具体的，所述步骤S2中射频激光器激光束焦点光斑直径为0.1mm-0.5mm。
具体的，所述步骤S2中射频激光器功率范围为30W～100W。
具体的，所述步骤S2中射频激光器发出的激光束扫描的轨迹与步骤S1得到的轨迹之间的距离为0.05mm～0.2mm。
具体的，所述步骤S1中相邻的玻璃样品外形轨迹2之间的距离大于等于1mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，利用皮秒激光器发出的激光束通过聚焦镜聚焦后在玻璃来料(1)表面切割出玻璃样品外形轨迹(2)；
S2，采用射频激光器发出的激光束在步骤S1得到的轨迹外侧边沿扫描，直至玻璃样品从玻璃来料中分离。
2.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述步骤S1还包括，利用皮秒激光器发出的激光束通过聚焦镜聚焦后在玻璃来料1表面切割出辅助分离轨迹(3)。
3.如权利要求2所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：步骤S1中，先在玻璃来料(1)表面切割出矩阵排列的玻璃样品外形轨迹(2)，所述玻璃样品外形顶角为圆弧，相互距离最近的四个玻璃样品的四个最近的顶角之间有十字交叉的辅助分离轨迹(31)，另有弧形辅助分离轨迹(32)，弧形辅助分离轨迹(32)与十字交叉的辅助分离轨迹(31)相交且与玻璃样品外形圆弧顶角的两夹边相切。
4.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述玻璃来料1厚度范围为0.1mm～2.0mm，深度范围为0～20μm。
5.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述步骤S2中射频激光器为CO2射频激光器，波长范围为355nm～1064nm。
6.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述步骤S2中射频激光器激光束焦点光斑直径为0.1mm～0.5mm。
7.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述步骤S2中射频激光器功率范围为30W～100W。
8.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述步骤S2中射频激光器发出的激光束扫描的轨迹与步骤S1得到的轨迹之间的距离为0.05mm～0.2mm。
9.如权利要求1所述的激光切割超薄强化玻璃的方法，其特征在于：所述步骤S1中相邻的玻璃样品外形轨迹(2)之间的距离大于等于1mm。
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