CN113119285A - 陶瓷工件激光打磨砂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷工件激光打磨砂的方法，这种陶瓷工件激光打磨砂的方法，通过挑选纳秒激光器使得激光加工的脉冲宽度为纳秒级别，脉冲宽度为纳秒级别可以保证激光加工时具有合适的热扩散，保证了加工得到的磨砂面的激光路径宽度，并且控制激光加工的功率为15W～26W，可以使得加工得到的磨砂面具有合适的深度，从而使得激光加工的平均功率和脉冲宽度之比处于合适的值，使得加工得到的磨砂面具有合适的粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种陶瓷工件激光打磨砂的方法。
背景技术
在即将到来的5G手机应用中，氧化锆陶瓷手机后盖作为5G手机盖板的优势表现为：1.对比金属，氧化锆陶瓷的电绝缘性不会对电磁信号形成屏蔽，故手机机身可以做成一体化。2.氧化锆陶瓷材料的手感和玻璃十分相似，但氧化锆陶瓷比玻璃要硬很多，莫氏硬度仅次于蓝宝石，所以氧化锆陶瓷机身具有耐磨与耐刮性，且偶尔跌落也不易摔碎。
现有的氧化锆陶瓷手机后盖打磨砂的方法，如手工打磨、陶瓷喷砂、化学溶剂清洗都存在一系列的技术缺点。手工打磨可以打出磨砂面但速度太慢。陶瓷喷砂会由于高温高速的陶瓷沙短时间内冲击陶瓷表面，导致陶瓷手机后盖热变形严重。而使用化学溶剂方式进行清理的表面，明显的缺点是陶瓷表面过于光滑不利于后期涂层粘结。
发明内容
基于此，有必要提供一种陶瓷工件激光打磨砂的方法，其加工得到的磨砂面具有合适的粗糙度。
一种陶瓷工件激光打磨砂的方法，包括如下步骤：
提供陶瓷工件；
选取纳秒激光器和激光镜头，将所述陶瓷工件放置到加工平台上，开启激光设备，调整激光焦距，使激光焦点聚焦于所述陶瓷工件的待加工面；
对所述陶瓷工件进行定位，并给出所述陶瓷工件的坐标和旋转角度；以及
调整激光工艺参数，控制激光在所述陶瓷工件的待加工面上形成高度深浅不一的凹坑，从而在所述陶瓷工件的待加工面上形成磨砂面，其中，所述激光工艺参数包括功率，所述功率为15W～26W。
这种陶瓷工件激光打磨砂的方法，通过挑选纳秒激光器使得激光加工的脉冲宽度为纳秒级别，脉冲宽度为纳秒级别可以保证激光加工时具有合适的热扩散，保证了加工得到的磨砂面的激光路径宽度，并且控制激光加工的功率为15W～26W，可以使得加工得到的磨砂面具有合适的深度，从而使得激光加工的平均功率和脉冲宽度之比处于合适的值，使得加工得到的磨砂面具有合适的粗糙度。
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。
其中：
图1为一实施方式的陶瓷工件激光打磨砂的方法的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示的一实施方式的陶瓷工件激光打磨砂的方法，包括如下步骤：
S10、提供陶瓷工件。
一般来说，陶瓷工件的材料可以为氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷。
本实施方式中，陶瓷工件为陶瓷手机后盖。在其他的实施方式中，陶瓷工件也可以为其他类型的产品。
S20、选取纳秒激光器和激光镜头，将陶瓷工件放置到加工平台上，开启激光设备，调整激光焦距，使激光焦点聚焦于陶瓷工件的待加工面。
优选的，S20还包括如下操作：在将陶瓷工件放置到加工平台上之前，依次用丙酮、酒精、去离子水对陶瓷工件进行超声波清洗，接着干燥。
干燥可以为用无尘布擦干或干燥氮气吹干。
对陶瓷工件进行表面预处理，去除表面污物和油脂，可以防止激光加工后有油脂或者污物残留，导致后期涂层粘结的问题。
选取纳秒激光器，从而使得激光加工的脉冲宽度为纳秒级别，从而可以保证激光加工时具有合适的热扩散，保证了加工得到的磨砂面的激光路径宽度。
而皮秒激光器峰能量过高，采用皮秒激光器加工陶瓷工件时，加工得到的磨砂面深度过高，并且由于脉冲宽度为皮秒级别，从而导致热扩散不足，磨砂面的激光路径宽度过小，最终使得磨砂面的粗糙度不足。
优选的，纳秒激光器的脉冲宽度为60ns～90ns。
具体来说，纳秒激光器为红外纳秒激光器、紫外纳秒激光器或绿光纳秒激光器。
优选的，纳秒激光器为波长为1064nm的红外纳秒激光器。
本实施方式中，激光镜头为254镜头，254镜头的镭射范围为160mm×160mm。
本实施方式中，加工平台为精密加工平台，可控制在X轴，Y轴，Z轴三个方向移动。
S30、对陶瓷工件进行定位，并给出陶瓷工件的坐标和旋转角度。
具体来说，S30为：选用视野较大的两套CCD视觉装置，分别定位陶瓷工件(陶瓷手机后盖)的左上两条边和右下两条边位置，并给出陶瓷工件的坐标和旋转角度。
CCD视觉装置为电荷耦合元件(Charge coupled Device)，可以称为图像传感器。CCD视觉装置中，相机精度要求在500万以上，主要的作用为定位陶瓷工件中心点，使得激光能准确作用在陶瓷工件所要求的尺寸上。
在其他的实施方式中，也可以采用其他类型的装置来实现陶瓷工件的定位。
S40、调整激光工艺参数，控制激光在陶瓷工件的待加工面上形成高度深浅不一的凹坑，从而在陶瓷工件的待加工面上形成磨砂面。
激光工艺参数包括功率，功率为15W～26W。
控制激光加工的功率为15W～26W，可以使得加工得到的磨砂面具有合适的深度。
一般来说，激光工艺参数还包括加工速度、频率、释放时间、空跳速度和填充间距，具体来说，加工速度为500mm/s～1000mm/s，频率为30kHz～50kHz，释放时间为1μs～1.5μs，空跳速度为3000mm/s～5000mm/s，填充间距为0.1mm～0.7mm。
本实施方式中，在打标软件中对激光工艺参数进行设置，利用激光拥有的短脉宽和可调节的功率能量以及可设定的激光路径特点，通过高速振镜控制激光走向和设置每一层激光参数的异同，在陶瓷工件的激光路径处形成高度深浅不一的凹坑，得到需要的磨砂面。
具体来说，S40还包括如下操作：在控制激光在陶瓷工件的待加工面上形成高度深浅不一的凹坑的操作的同时，以吹气和吸气装置进行吹气和吸气。
激光加工的过程中以吹气和吸气装置进行吹气和吸气，可以降低激光加工过程陶瓷工件的变形和粉尘的挥发。
这种陶瓷工件激光打磨砂的方法，通过挑选纳秒激光器使得激光加工的脉冲宽度为纳秒级别，脉冲宽度为纳秒级别可以保证激光加工时具有合适的热扩散，保证了加工得到的磨砂面的激光路径宽度，并且控制激光加工的功率为15W～26W，可以使得加工得到的磨砂面具有合适的深度，从而使得激光加工的平均功率和脉冲宽度之比处于合适的值，使得加工得到的磨砂面具有合适的粗糙度。
优选的，当纳秒激光器的脉冲宽度为60ns～90ns时，可以使得加工得到的磨砂面的镭射深度为5μm～60μm，表面粗糙度为0.6μm～12μm。
优选的，在完成激光加工后，可在3D显微镜下观察陶瓷工件的表面形貌和3D显微轮廓图形以及测量出陶瓷工件的镭射深度和表面粗糙度。
优选的，在完成激光加工后，在观察产品3D形貌和镭射深度以及粗糙度前，还包括对陶瓷工件进行激光3D合成，校正水平和滤除杂质点的操作。
优选的，在完成激光加工后，还包括在磨砂面上镀防指纹膜的操作。防指纹膜可以为ABS膜。当磨砂面的镭射深度为5μm～60μm，表面粗糙度为0.6μm～12μm时，防指纹膜可以很好的附着在磨砂面，一方面结合强度较高，不容易脱落，另一方面防指纹膜和磨砂面结合后的防指纹效果更好，用户体验较好。
以下为具体实施例。
实施例1
提供氧化锆陶瓷手机后盖，依次用丙酮、酒精、去离子水对氧化锆陶瓷手机后盖进行超声波清洗，接着用无尘布擦干。
选取波长为1064nm、脉冲宽度为60ns的红外纳秒激光器和镭射范围为160mm×160mm的254镜头，将清洗干燥后的氧化锆陶瓷手机后盖放置到精密加工平台上，开启激光设备，调整激光焦距，使激光焦点聚焦于氧化锆陶瓷手机后盖的上表面。
选用视野较大的两套CCD视觉装置，分别定位陶瓷手机后盖的左上两条边和右下两条边位置，并给出氧化锆陶瓷手机后盖的坐标和旋转角度。
在打标软件中对激光工艺参数进行设置，激光加工的功率为15W，加工速度为800mm/s，频率为40kHz，释放时间为1μs，空跳速度为4000mm/s，填充间距为0.4mm，通过高速振镜控制激光走向和设置每一层激光参数的异同，在氧化锆陶瓷手机后盖激光路径处形成高度深浅不一的凹坑，同时以吹气和吸气装置进行吹气和吸气，得到需要的磨砂面。
对氧化锆陶瓷手机后盖进行激光3D合成，校正水平和滤除杂质点，接着在3D显微镜下观察氧化锆陶瓷手机后盖的表面形貌和3D显微轮廓图形，并且测量出氧化锆陶瓷手机后盖的镭射深度和表面粗糙度。
本实施例中，氧化锆陶瓷手机后盖的镭射深度为5μm，表面粗糙度为0.6μm。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，区别点仅在于选取波长为1064nm、脉冲宽度为75ns的红外纳秒激光器，并且控制激光加工的功率为20W。
本实施例中，氧化锆陶瓷手机后盖的镭射深度为30μm，表面粗糙度为6μm。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，区别点仅在于选取波长为1064nm、脉冲宽度为90ns的红外纳秒激光器，并且控制激光加工的功率为26W。
本实施例中，氧化锆陶瓷手机后盖的镭射深度为60μm，表面粗糙度为12μm。
对比例
对比例与实施例1基本相同，区别点仅在于氧化锆陶瓷手机后盖替换为二氧化硅玻璃。
本实施例中，二氧化硅玻璃的镭射深度为5μm，表面粗糙度为0.3μm。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供陶瓷工件；
选取纳秒激光器和激光镜头，将所述陶瓷工件放置到加工平台上，开启激光设备，调整激光焦距，使激光焦点聚焦于所述陶瓷工件的待加工面；
对所述陶瓷工件进行定位，并给出所述陶瓷工件的坐标和旋转角度；以及
调整激光工艺参数，控制激光在所述陶瓷工件的待加工面上形成高度深浅不一的凹坑，从而在所述陶瓷工件的待加工面上形成磨砂面，其中，所述激光工艺参数包括功率，所述功率为15W～26W。
2.根据权利要求1所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述纳秒激光器的脉冲宽度为60ns～90ns。
3.根据权利要求2所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述纳秒激光器为红外纳秒激光器、紫外纳秒激光器或绿光纳秒激光器。
4.根据权利要求2所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述纳秒激光器为波长为1064nm的红外纳秒激光器。
5.根据权利要求1所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述激光工艺参数还包括加工速度、频率、释放时间、空跳速度和填充间距；
所述加工速度为500mm/s～1000mm/s，所述频率为30kHz～50kHz，所述释放时间为1μs～1.5μs，所述空跳速度为3000mm/s～5000mm/s，所述填充间距为0.1mm～0.7mm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述镜头为254镜头。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述陶瓷工件的材料为氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷。
8.根据权利要求7所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，所述磨砂面的深度为5μm～60μm，所述磨砂面的粗糙度为0.6μm～12μm。
9.根据权利要求1所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，还包括如下操作：在控制激光在所述陶瓷工件的待加工面上形成高度深浅不一的凹坑的操作的同时，以吹气和吸气装置进行吹气和吸气。
10.根据权利要求1所述的陶瓷工件激光打磨砂的方法，其特征在于，还包括如下操作：在将所述陶瓷工件放置到加工平台上之前，依次用丙酮、酒精、去离子水对所述陶瓷工件进行超声波清洗，接着干燥。
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