CN114227013A - 一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用第一激光器对玻璃进行钻孔或切割加工，加工后的表面处产生崩边；(2)采用第二激光器对步骤(1)中产生的崩边处进行照射，加热软化玻璃表面，使崩边减小或弥合；所述第二激光器为二氧化碳激光器。本发明减少了玻璃的崩边数量，减小了崩边的尺寸，从而获得更高的激光玻璃加工质量。

Description

一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工方法，具体涉及一种用于对玻璃进行钻孔或切割的加工方法。
背景技术
玻璃是一种短程有序、长程无序的非晶无机非金属固体，其一般具有透光率高、强度高、抗压强度大、耐磨损等优点，广泛应用在建筑、汽车、精密光学、半导体、消费电子、航空航天等各个方面。但是，其脆性高、硬度大，加工难度较大。
为了取代传统的玻璃机械加工方法，开发出了激光熔融法、激光划线法、超快激光材料去除法、光丝法、热裂法等一系列激光分离技术。对激光玻璃打孔而言，也发展出单脉冲打孔、脉冲串定点冲击打孔、旋切、螺旋打孔等多种加工方式。因为热应力、多光子吸收、裂片等过程的存在，经过激光加工之后的玻璃广泛存在微裂纹和崩边的情况。例如，就近来得到广泛关注的光丝法而言，其利用高峰值功率飞秒激光在玻璃内部自聚焦成丝，形成光丝通道，此后采用热应力等方法裂片。但是，无论是采用机械或者热应力裂片等方式，其切割分离表面仍然不可避免产生微米级别的崩边，无法满足高端加工需要。
为解决玻璃崩边问题，现有技术中出现了多种方法，例如，中国发明专利CN106624385B公开了一种玻璃打小孔的的加工方法，待加工玻璃放在激光器的治具平台上，治具平台的加工区域下方为镂空结构，且距离小孔下表面0.1mm区域处安装有一个单独的负压装置。将绿色激光聚焦到玻璃下表面，采用螺旋线上升至设定高度的方式进行加工，并由负压装置及时抽吸以避免热量累积，从而减小崩边。但从该文献可见，其小孔崩边小于0.02mm*mm，即崩边尺度在20微米级别。并且该方案也只能用于小孔加工而不适合于切割。
中国发明专利CN106587652B公开了一种玻璃表面激光切割操作的修复方法，括如下步骤：a、提供一块激光切割后的玻璃；b、在所述玻璃的至少一个表面涂覆SiO2溶胶，涂覆SiO2溶胶的表面包括激光切割断面；所述SiO2溶胶中还含有钾元素和/或钠元素；c、干燥所述步骤b中涂覆的SiO2溶胶层；d、采用功率为0.5-30W的紫外激光烧结所述激光切割断面表面的SiO2溶胶层，形成SiO2层；e、对所述激光切割断面表面的SiO2层进行退火处理。该方案是对激光切割后的玻璃再进行修补程序，可以修补激光切割产生的缺陷，以提高表面平整度。但是增加了多个工艺步骤，导致整体处理过程复杂化。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，以避免激光玻璃材料加工过程中分离界面的缺陷，大幅提高玻璃加工的质量。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，包括以下步骤：
(1) 采用第一激光器对玻璃进行钻孔或切割加工，加工后的表面处产生崩边；
(2) 采用第二激光器对步骤(1)中产生的崩边处进行照射，加热软化玻璃表面，使崩边减小或弥合；
所述第二激光器为二氧化碳激光器。
上述技术方案中，采用第一激光器对玻璃进行加工后，一般会产生2微米至500微米之间的崩边，通常，即使进行小孔钻孔，也会产生5微米以上的崩边，采用第二激光器进行照射处理后，可以使崩边减小至2微米以下，甚至完全弥合。
上述技术方案中，所述第一激光器为短脉冲激光器，其输出脉冲宽度介于10皮秒至50纳秒之间，第一激光器的输出激光波长选自340纳米到360纳米、510纳米到540纳米或1.02到1.08微米。
第一激光器的输出波长，可以根据待加工玻璃的性质，选择相应的紫外激光（340纳米到360纳米）、绿激光（510纳米到540纳米）或红外激光（1.02到1.08微米）。
上述技术方案中，采用所述第二激光器对崩边处进行照射时，在崩边尺寸小于2微米时停止。
实际应用时，可以采用的一种方案是，第一激光器发出的激光束经汇聚光路和振镜照射在玻璃的待加工位置，第二激光器发出的激光束经耦合光路实现与第一激光器发出的激光束共线，经汇聚光路和振镜照射在玻璃的待加工位置，在第一激光器完成钻孔或切割加工后，第二激光器进行崩边处理作业。该方案不需要移动待加工玻璃，尤其适合于钻孔加工或小尺度切割加工。
另一种方案是，第一激光器和第二激光器分别设置独立的汇聚光路、振镜和工作平台，待加工玻璃在第一激光器的工作平台处完成钻孔或切割加工后，移至第二激光器的工作平台进行崩边处理作业。该方案可以在对前一次加工的产品进行崩边处理的时，同步开始另一个产品的加工。
优选的技术方案，第一激光器照射在加工位置的光斑大小为5微米～10微米，第二激光器照射在加工位置的光斑大小是20微米～30微米。一般地，第二激光器的光斑应该大于第一激光器的光斑，以方便加工。
上述技术方案中，第二激光器的输出功率不小于5瓦。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明在进行玻璃加工的过程中，采用了两步法，先采用短脉冲激光器对玻璃进行切割或钻孔加工，再采用二氧化碳激光器对加工之后玻璃的崩边处进行加热，可以软化玻璃，减少玻璃的崩边数量，减小崩边的尺寸，从而获得更高的激光玻璃加工质量。
试验表明，采用本发明方法加工的玻璃，其崩边尺寸可以减小到2微米以下，崩边数量可以减小到2个/厘米以下。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程示意图；
图2是本发明实施例一采用的装置结构示意图；
图3是本发明实施例二采用的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1，一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，包括以下步骤：
S101、采用第一激光器对玻璃进行钻孔或切割加工，加工后的表面处产生崩边；
S102、采用第二激光器对步骤(1)中产生的崩边处进行照射，加热软化玻璃表面，使崩边减小或弥合。
其中，第二激光器采用二氧化碳激光器。
为实现上述方法，本实施例提供了一种激光加工装置。参见附图2，整个装置由光纤激光器210，二氧化碳激光器211，耦合光路系统230，汇聚光路及振镜231，待打孔石英玻璃220组成。
光纤激光器210输出100皮秒脉宽、30瓦功率的532纳米绿激光，其经过耦合光路系统230和汇聚光路及振镜231后，汇聚在玻璃220上的光斑直径为10微米。
二氧化碳激光器211输出功率20瓦，采用脉冲方式工作。其输出光束经过耦合光路230后，和激光器210输出的光束共线，并经过汇聚透镜和振镜231，照射在玻璃220上相同的位置，其光斑大小为20微米。
控制同轴的由激光器210和激光器211的出射激光分别先后照射至玻璃220上的相同位置。其中，激光器210实现石英玻璃的单脉冲打孔，激光器211照射到打孔位置上，软化该位置附近的玻璃，使崩边弥合。
经过试验，在激光打孔后，孔边缘形成了尺度5微米左右的崩边，通过二氧化碳激光器加热，崩边数量变为0。
实施例二：参照图3结构设置整个系统，由固体激光器310，二氧化碳激光器311，汇聚光路及振镜330，聚焦光路系统331，待切割钠钙玻璃320组成。
固体激光器310输出5纳秒脉宽、10瓦功率的355纳米紫外激光，其经过汇聚光路及振镜330后，汇聚在玻璃320上的光斑直径为5微米。二氧化碳激光器211输出功率20瓦，采用连续方式工作。其输出光束经过汇聚透镜和振镜331，照射在玻璃320上相同的位置。
加工时，首先利用固体激光器310实现钠钙玻璃的切割，然后放置玻璃320至由二氧化碳激光器311构成的系统中，使二氧化碳激光器311的出射激光照射到切面上，其光斑大小为30微米，软化该位置附近的玻璃，并减小崩边的数量和尺寸，实现钠钙玻璃的少崩边切割加工。
试验表明，本实施例可以将固体紫外激光器切割钠钙玻璃形成的崩边，减小到平均1个每厘米，其崩边尺寸小于1微米。

Claims (7)

1.一种减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 采用第一激光器对玻璃进行钻孔或切割加工，加工后的表面处产生崩边；
(2) 采用第二激光器对步骤(1)中产生的崩边处进行照射，加热软化玻璃表面，使崩边减小或弥合；
所述第二激光器为二氧化碳激光器。
2.根据权利要求1所述的减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于：所述第一激光器为短脉冲激光器，其输出脉冲宽度介于10皮秒至50纳秒之间，第一激光器的输出激光波长选自340纳米到360纳米、510纳米到540纳米或1.02到1.08微米。
3.根据权利要求1所述的减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于：采用所述第二激光器对崩边处进行照射时，在崩边尺寸小于2微米时停止。
4.根据权利要求1所述的减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于：第一激光器发出的激光束经汇聚光路和振镜照射在玻璃的待加工位置，第二激光器发出的激光束经耦合光路实现与第一激光器发出的激光束共线，经汇聚光路和振镜照射在玻璃的待加工位置，在第一激光器完成钻孔或切割加工后，第二激光器进行崩边处理作业。
5.根据权利要求1所述的减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于：第一激光器和第二激光器分别设置独立的汇聚光路、振镜和工作平台，待加工玻璃在第一激光器的工作平台处完成钻孔或切割加工后，移至第二激光器的工作平台进行崩边处理作业。
6.根据权利要求4或5所述的减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于：第一激光器照射在加工位置的光斑大小为5微米～10微米，第二激光器照射在加工位置的光斑大小是20微米～30微米。
7.根据权利要求1所述的减少崩边的用于玻璃的激光加工方法，其特征在于：第二激光器的输出功率不小于5瓦。
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