CN112404736B - 一种激光抛光玻璃的方法及玻璃孔、玻璃片的抛光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光抛光玻璃的方法以及玻璃孔和玻璃片的抛光加工方法。包括以下步骤：采用第一激光对设置于玻璃板上的切割轮廓线进行照射后，玻璃沿切割轮廓线断开；采用第二激光沿靠近切割轮廓线0.3‑1.2mm的抛光轮廓线进行照射，使得抛光轮廓线两侧玻璃蒸发，得到抛光玻璃产品；所述第二激光为CO2连续激光。本发明能解决常规切割方式造成的切面微裂纹、缺陷；通过CO2连续激光直接照射抛光轮廓线，使得抛光轮廓线两侧玻璃体蒸发去除，得到光滑的玻璃侧边断面，提高玻璃力学性能；可应用于加工玻璃钻孔、内轮廓、外轮廓的边缘处理，优化侧面的平面质量，解决后续制程潜在的破片风险。

Description

一种激光抛光玻璃的方法及玻璃孔、玻璃片的抛光加工方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃加工方法，特别涉及一种激光抛光玻璃的方法及玻璃孔、玻璃片的抛光加工方法。
背景技术
玻璃材料是目前电子显示设备常用的材料之一，主要用于制作显示屏面板、后盖盖板等。常规的玻璃盖板加工，是用大片尺寸的玻璃原材，经过切割、抛光、热弯成型、化学强化等工序，制作出玻璃盖板。其中切割工序，常用的加工方式有CNC加工、激光切割加工。CNC加工工艺发展时间长、技术已很成熟，并且设备价格相对低，适合进行大批量产。但CNC加工也存在一些缺点，如切削液污染玻璃需要进行清洗、加工边缘粗糙需要进行抛光处理。而一般使用玻璃作为显示面板，还需要在表面加工孔或槽，作为话筒、听筒孔等。
当加工直径大于5mm的孔时，在CNC加工后可使用孔抛设备对孔内的侧边进行抛光；当孔径小于5mm时，孔抛设备就无法加工。进一步，当所需的孔径小于0.5mm时，使用CNC设备就难以实现稳定量产，需使用激光加工钻孔。
CNC切割后的玻璃面是粗糙的毛玻璃面，其表面的微结构是凹凸不平的，需要进行抛光处理。而常规使用脉冲激光加工通孔的方法，是利用脉冲激光光斑的高能量照射玻璃去除聚焦区的材料，通过移动光斑、使照射区堆叠累加形成完整的孔形，因为其侧壁是由光斑堆叠形成，因此存在凹凸不平的微结构，此外脉冲激光的峰值功率大、能量高，会引起玻璃内部的微裂纹。如果不对加工后的侧面进行抛光处理，在后续的经化学强化后，其表面缺陷受玻璃内应力的影响、可能会产生破片，在后续的落球性能测试、长期使用时，也存在破片的风险。
中国专利申请CN107520545A：一种激光钻孔方法，公开了使用UV激光在PCB板材上加工孔的方法，但未对孔壁的质量及改善方法做说明。中国专利申请：CN104759764B，一种玻璃的激光钻孔方法，通过激光钻孔过程的路径优化来改善激光孔壁的质量。现有专利并未对孔壁的加工质量进行具体说明，也未针对加工后孔壁存在的裂纹与凹陷进一步处理。本专利提出了一种使用激光在玻璃材料上进行加工及边缘处理的方法，该方法可适用于钻孔、切割产品外轮廓，并对侧边进行处理使其更加光滑，改善表面裂纹缺陷。
发明内容
为此，需要提供一种可以让一种激光抛光玻璃的方法及玻璃孔、玻璃片的抛光加工方法。
为实现上述目的，发明人提供了一种激光抛光玻璃的方法，包括以下步骤：
采用第一激光对玻璃的切割轮廓线进行照射后，玻璃沿切割轮廓线断开；采用第二激光沿靠近切割轮廓线0.3-1.2mm的抛光轮廓线进行照射，使得抛光轮廓线两侧玻璃蒸发，得到抛光玻璃产品；所述第二激光为CO2连续激光。
第一激光照射并断裂玻璃切割轮廓线，会使得加工玻璃切割轮廓线附近玻璃产生裂纹和/或凹陷孔(脉冲激光打孔)，降低了第二激光蒸发照射所需的能量；而通过第二激光CO2连续激光直接照射抛光轮廓线，使得抛光轮廓线两侧玻璃体蒸发去除，得到光滑的玻璃侧边断面。
进一步地，所述第一激光为脉冲激光。
采用脉冲激光照射玻璃，在打孔过程的光斑叠加过程，在侧壁形成凹陷孔以及在玻璃内部形成微裂纹。
进一步地，所述第一激光为连续激光。
而连续激光在玻璃上照射，在照射起始点容易因玻璃受热，且起始点位置玻璃无法向外膨胀而使之产生弯曲变形，在内部发生崩裂，形成裂纹，在进一步加工中容易发生破片。
进一步地，所述玻璃的厚度<0.2mm。
发明人还提供了一种玻璃孔的抛光加工方法，包括以下步骤：
用第一激光在玻璃上照射预设通孔的切割轮廓线，玻璃沿切割轮廓线断开；
用第二激光从已切割通孔的第一起始点以圆弧线切割至玻璃的抛光轮廓线上的第二起始点，并沿抛光轮廓线进行照射，使得抛光轮廓线两侧玻璃蒸发，得到抛光玻璃孔；
所述切割轮廓线和抛光轮廓线为同心圆；所述同心圆半径之差为0.3-1.2mm；
所述玻璃孔的厚度<0.2mm；所述第一激光为脉冲激光，所述第二激光为CO2连续激光。
使用脉冲激光对玻璃材料进行钻孔为业内的常规工艺：通过照射玻璃内部形成一个光斑、蒸发去除部分材料，通过移动光斑位置，使去除区域叠加形成一个完整的孔洞或是形成一个圆环，将内部材料切除。如果需要加工的孔径较大，这一过程也可使用CNC加工。
在CO2连续激光照射的过程中，激光能量作用于玻璃内部，使聚焦区内的蒸发而被去除，形成照射路径两侧的断面。因为CO2激光是连续照射，故其形成的断面也是连续平滑的，不同于脉冲激光打孔过程的光斑叠加过程，因此使用本发明方式加工后的孔壁相比常规激光钻孔形成的侧壁更光滑。
用CO2连续激光从已切割通孔的第一起始点以圆弧线切割至玻璃的抛光轮廓线上的第二起始点，并沿抛光轮廓线进行照射，随着激光行进，玻璃被切断的部分形成一条细丝，因玻璃厚度很薄(<0.2mm)且切断的宽度很小(0.3-1.2mm)，故切出的玻璃丝是很细长的，不同于厚的片状或条状玻璃，玻璃细丝是具有弹性的、不易折断。
在CO2连续激光照射于抛光轮廓线上某一处时，该时刻激光照射使材料受热膨胀、因其一侧已开有预制孔、另一侧是整块的玻璃材料，故膨胀的力会使玻璃丝向孔侧翘起，造成已有切断面的进一步延伸，而不会对完整一侧的玻璃材料产生破坏。在激光切断与热膨胀作用下，被照射的部分切线延伸、逐步形成完整的切割轮廓。
若不进行第一步的预先钻孔，而直接使用CO2激光对玻璃进行照射，会因玻璃受热、且照射处四周均无法向外膨胀而产生弯曲变形，使照射点处发生崩裂破片。对于切割玻璃边缘，除孔形状变为直边外、其受力情况及玻璃丝翘起的现象，与加工孔的情况类似，故不再单独说明。
此外，当使用该方式加工孔径较小的孔时，CO2连续激光照射下切下的玻璃丝容易卡在孔洞内部不易取出，可以使用激光束在切除材料的内部加工若干条切断线，将中间区域切断成几部分，便于取出。该过程的切断线两端，与CO2连续激光加工的路径，应当保留一定间隔，避免激光照射已形成的光滑侧面、产生裂纹。
进一步的，所述第二激光的波长为10.6μm，功率为45-55w，光斑直径为10μm。
发明人还提供了一种玻璃片的抛光加工方法，包括以下步骤：
用第三激光在玻璃上沿着预设玻璃片的切割轮廓线进行照射，并使切割轮廓线产生裂纹；
用第三激光照射玻璃片切割轮廓线外侧的裂片线，并使得裂片线产生裂纹；
所述裂片线从玻璃的外缘至其最靠近的切割轮廓线附近0.7-1.0mm；所述裂片线的延伸线与其相交的第一条切割轮廓线形成30-40°夹角；
用第一激光照射所述切割轮廓线和所述裂片线，使玻璃沿切割轮廓线和裂片线受热膨胀断开；
采用第二激光沿靠近切割轮廓线0.3-1.2mm的抛光轮廓线进行照射，得到抛光玻璃片成品；所述第二激光为CO2连续激光；所述玻璃片的厚度≤0.1mm。
裂片线与切割轮廓线不接触，第一激光照射裂片线后，裂片线受热裂开，但因裂片线的划痕没有完全贯穿，故裂纹未完全断开，被切割材料仍维持完整片状。
用第一激光照射切割轮廓线，轮廓线受热膨胀产生裂纹，因外圈边角料仅由少量材料相连接，当受热膨胀时就产生断裂，故外圈的边角料会断成多个部分。
进一步，所述第三激光采用红外激光源，脉冲宽度为皮秒等级，波长为1064mm，重复频率100kHz，红外激光源的平均功率为40-50W，每组重复脉冲6-8个，光斑直径3um；所述第一激光为CO2连续激光，波长9.3um，功率25-30W，光斑直径12-15um；所述第二激光为CO2连续激光，波长10.6um，功率45-55W，光斑直径10um，所述第二激光行进速度为6500-10000mm/min。
区别于现有技术，上述技术方案至少包括以下有益效果：本技术方案能解决常规切割方式造成的切面微裂纹、缺陷；通过CO2连续激光直接照射抛光轮廓线，使得抛光轮廓线两侧玻璃体蒸发去除，得到光滑的玻璃侧边断面，提高玻璃力学性能；可应用于加工玻璃钻孔、内轮廓、外轮廓的边缘处理，优化侧面的平面质量，解决后续制程潜在的破片风险。
附图说明
图1为实施例1激光加工孔边缘示意图；
图2为实施例1切割点受力状态图；
图3为实施例2激光切割轮廓线及裂片线布局图；
图4为实施例2玻璃沿切割轮廓线受热膨胀断开过程中受力状态图；
图5为表2中CNC加工玻璃的加工面；
图6为表2中IR-CO2激光裂片所切割玻璃的加工面
图7为采用本发明技术方案IR-CO2激光裂片-CO2抛光切割玻璃的加工面。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
实施例1玻璃孔的抛光加工，包括以下步骤：
1、用第一激光(绿激光，波长为532nm)在玻璃(厚度<0.2mm)上照射预设通孔的切割轮廓线，玻璃沿切割轮廓线断开；
2、用第二激光(CO2连续激光，波长10.6um，功率45-55W，光斑尺寸10um)从已切割通孔的第一起始点以圆弧线切割至玻璃的抛光轮廓线上的第二起始点，并沿抛光轮廓线进行照射，使得抛光轮廓线两侧玻璃蒸发，得到抛光玻璃孔；所述切割轮廓线和抛光轮廓线为同心圆；所述同心圆半径之差为0.5mm；如图1所示，
在CO2连续激光照射于抛光轮廓线上某一处时，该时刻激光照射使材料受热膨胀、受力状况如图2所示，因其一侧已开有预制孔、另一侧是整块的玻璃材料，故膨胀的力会使玻璃丝向孔侧翘起，造成已有切断面的进一步延伸，而不会对完整一侧的玻璃材料产生破坏。在激光切断与热膨胀作用下，被照射的部分切线延伸、逐步形成完整的切割轮廓。
实施例2玻璃片的抛光加工
步骤如下：
1、用红外激光(脉冲宽度为皮秒等级，波长为1064mm，重复频率100kHz，红外激光源的平均功率为40-50W，每组重复脉冲6-8个，光斑直径3um)在厚度为0.1mm的高铝玻璃上沿着预设玻璃片的切割轮廓线进行照射，并使切割轮廓线产生裂纹；
2、用红外激光(脉冲宽度为皮秒等级，波长为1064mm，重复频率100kHz，红外激光源的平均功率为40-50W，每组重复脉冲6-8个，光斑直径3um)照射玻璃片切割轮廓外侧的裂片线，并使得裂片线产生裂纹；
所述裂片线从玻璃的外缘至其最靠近的切割轮廓线附近0.7-1.0mm；所述裂片线的延伸线与其相交的第一条切割轮廓线形成30-40°夹角；如图3所示。
3、用CO2连续激光(波长9.3um，功率25-30W，光斑直径12-15um)照射所述裂片线，使裂片线受热膨胀断开；裂片线受热裂开，但因裂片线的划痕没有完全贯穿，故裂纹未完全断开，被切割材料仍维持完整片状；
4、用CO2连续激光(波长9.3um，功率25-30W，光斑直径12-15um)照射所述切割轮廓线，使玻璃沿切割轮廓线受热膨胀断开；如图4所示。因这也使得外圈废料区的边角料仅由少量材料相连接，玻璃外侧的废料区被裂片线分成几块废料掉下；
5、采用第CO2连续激光(波长10.6um，功率45-55W，光斑直径10um)沿靠近切割轮廓线1.0-1.3mm的抛光轮廓线按照表1所示的速度进行照射，使得抛光轮廓线两侧玻璃蒸发，得到抛光玻璃片成品。
表1实施例2抛光玻璃工艺参数以及结果表
Figure BDA0002773769780000071
Figure BDA0002773769780000081
由表1中，可以看出对于T＝0.1mm的高铝玻璃，当切割轮廓线与抛光轮廓线距离1.1-1.2mm、切割速度7000-8000mm/min时，加工后边缘效果较好；当增大切割速度时，抛光CO2激光照射功率应当随切割速度增大而增大，维持照射过程中玻璃单位面积受到的激光能量基本一致；当两条轮廓线间距增大、削去的边缘部分更宽，抛光所需热膨胀作用更加显著，激光照射功率也应增大。
如果切割与抛光的轮廓线距离过小、切边缘过程会出现断线、如线距过大则会使得切割边缘难以弯曲。而激光在同一处的照射时间过长、能量过大则会引起玻璃破损。故实际加工中通常先测试确定一合适的轮廓线距离，再调整切割速度与激光功率。
表1中4、5、14组为优选的技术方案。
实施例2一种玻璃片的抛光、强化加工
实施例2使用玻璃为厚度t＝0.1mm的超薄玻璃，分别使用CNC工艺、IR-CO2激光裂片(未进行最后一步)及本发明所述激光加工工艺，加工50×50mm的小片样品后，再进行化学强化，最终得到的检测数据表2。
表2不同工序加工玻璃检测数据表
Figure BDA0002773769780000082
Figure BDA0002773769780000091
由表2可以看出，通过CO2连续激光直接照射抛光轮廓线，使得抛光轮廓线两侧玻璃体蒸发去除，得到光滑的玻璃侧边断面，降低缺陷；时间短，可应用于加工玻璃钻孔、内轮廓、外轮廓的边缘处理，优化侧面的平面质量，解决后续制程潜在的破片风险。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种玻璃片的抛光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
用第三激光在玻璃上沿着预设玻璃片的切割轮廓线进行照射，并使切割轮廓线产生裂纹；
用第三激光照射玻璃片切割轮廓外侧的裂片线，并使得裂片线产生裂纹；
所述裂片线从玻璃的外缘至其最靠近的切割轮廓线附近0.7-1.0mm；所述裂片线的延伸线与其相交的第一条切割轮廓线形成30-40°夹角；
用第一激光依次照射所述裂片线和切割轮廓线，使玻璃沿切割轮廓线和裂片线受热膨胀断开；
采用第二激光沿靠近切割轮廓线0.3-1.2mm的抛光轮廓线进行照射，使得抛光轮廓线两侧玻璃蒸发，得到抛光玻璃片成品；所述第二激光为CO2连续激光；所述第二激光在玻璃表面的照射温度高于玻璃的气化温度；所述玻璃片的厚度≤0.1mm。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃片的抛光加工方法，其特征在于，所述第三激光采用红外激光源，脉冲宽度为皮秒等级，波长为1064mm，重复频率100kHz，红外激光源的平均功率为40-50W，每组重复脉冲6-8个，光斑直径3um；所述第一激光为CO2连续激光，波长9.3um，功率25-30W，光斑直径12-15um；所述第二激光为CO2连续激光，波长10.6um，功率45-55W，光斑直径10um，所述第二激光行进速度为7000-8000mm/min。
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GR01 Patent grant
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