專利名稱：玻璃的激光選區(qū)去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光在玻璃板上選區(qū)打孔的方法。
背景技術(shù)：
玻璃在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用非常廣泛。由于玻璃的硬脆特性，長期以來，玻璃上打孔一直是一個(gè)難題。利用飛秒、皮秒激光等可以在薄玻璃上加工微納米尺度的孔，但是在加工大尺寸孔洞方面，利用飛秒和皮秒效率低，而且不適合厚玻璃的打孔。提高打孔效率，降低打孔成本成為發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上內(nèi)容，有必要提出一種效率高，成本低的玻璃選區(qū)打孔方法。玻璃的激光選區(qū)去除方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)利用綠激光或紫外激光在玻璃內(nèi)部從下到上分多層刻寫選區(qū)形狀，形成裂紋隔離帶，每層層間距100 μ m，激光功率為40(T600mW ；(2)利用CO2激光離焦I 3mm輻照選區(qū)區(qū)域，輻照時(shí)間4 7s，功率4(T50W ；(3)停止輻照，吹氣體冷卻Hs，完成去除。本發(fā)明可以在玻璃上進(jìn)行選區(qū)打孔，本發(fā)明中，選區(qū)打孔所使用的裝置包括計(jì)算機(jī)、激光器、計(jì)算機(jī) 與激光器連接的數(shù)據(jù)線、激光運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、工作臺。本發(fā)明的工作原理是:玻璃是硬脆性很高的材料，在加工過程中很容易產(chǎn)生裂紋，裂紋極具延展性，因此選區(qū)去除過程中很容易破壞選區(qū)以外的玻璃材料，為了阻止裂紋延展到選區(qū)之外，先用綠光或者紫外激光在玻璃中刻寫選區(qū)形狀，選區(qū)形狀貫穿玻璃厚度方向，每隔ΙΟΟμπι進(jìn)行一次刻寫。被刻寫處的玻璃出現(xiàn)大量空隙，這些空隙一方面可以降低玻璃的連接強(qiáng)度，另一方面可以限制微裂紋的通過，成為裂紋隔離帶。采用4(T50W CO2激光離焦廣3_輻照，使選區(qū)溫度升高，發(fā)生熱膨脹，而在輻照之后的吹氣冷卻Hs使選區(qū)玻璃材料迅速收縮，在選區(qū)邊緣，也就是綠光或者紫外光制作的裂紋隔離帶上產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，選區(qū)部分破裂或者整個(gè)選區(qū)部分與選區(qū)外玻璃材料脫離，完成選區(qū)去除。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在玻璃基板中直接消除部分材料，形成孔洞而不損壞周圍玻璃材料。本發(fā)明的特點(diǎn)是:1.利用雙光束激光進(jìn)行玻璃選區(qū)去除，屬于非接觸加工。精度高，速度快。2.有效控制裂紋延展，選區(qū)以外玻璃材料不受破壞。3.CO2激光用來對選區(qū)進(jìn)行離焦輻照升溫，光束不必垂直于玻璃表面。4.用于刻寫選區(qū)形狀的激光器與用來輻照升溫的激光器不必同軸，也不必平行。


圖1本發(fā)明所使用的玻璃選區(qū)去除系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中:1，刻寫裂紋隔離帶使用的激光器，2，掃描振鏡，3，激光光束，4，z軸運(yùn)動(dòng)平臺，5，離焦輻照升溫激光器，6，計(jì)算機(jī)，7，玻璃材料圖2選區(qū)去除原理示意中:7，玻璃材料，8，預(yù)設(shè)的選區(qū)去除區(qū)域，9，裂紋隔離帶，10，激光離焦輻照區(qū)域，11，玻璃劑面，12隔尚市首Ij面圖3厚度為1.1mm的普通玻璃圓形選區(qū)去除實(shí)物圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可以在玻璃上進(jìn)行選區(qū)打孔，本發(fā)明中，選區(qū)打孔所使用的裝置包括計(jì)算機(jī)、激光器、計(jì)算機(jī)與激光器連接的數(shù)據(jù)線、激光運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、工作臺等運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其步驟包括:(I)設(shè)置激光振鏡運(yùn)動(dòng)軌跡，使其根據(jù)選區(qū)的形狀運(yùn)動(dòng)。(2)設(shè)定平臺在z軸方向位置，在選區(qū)打孔開始時(shí)，激光焦點(diǎn)應(yīng)位于玻璃下表面以下。(3)開啟第一束激光，在振鏡和平臺的聯(lián)動(dòng)作用下，激光從玻璃下表面到玻璃上表面，每隔一定距離在玻璃內(nèi)部加工一次選區(qū)形狀，從而形成裂紋隔離帶。(4)隔離帶加工完成后，用第二束長波長激光離焦輻照選區(qū)中心。( 5)關(guān)閉長波長激光，吹氣冷卻，選區(qū)去除完成。所述的z軸方向是指:玻璃材料厚度方向。所述的聯(lián)動(dòng)是指，z軸平臺帶動(dòng)玻璃從上向下運(yùn)動(dòng)，則激光焦點(diǎn)相對于玻璃做從下向上的運(yùn)動(dòng)，從下表面開始，每運(yùn)動(dòng)一定距離，振鏡工作一次，在當(dāng)前xy平面加工一次選區(qū)形狀。直到激光焦點(diǎn)到達(dá)玻璃上表面。所述的第一束激光是指可以在玻璃內(nèi)部進(jìn)行聚焦刻寫的激光，如綠光激光，紫外激光等。所述的選區(qū)隔離帶是指激光器在玻璃內(nèi)部刻寫的、可以有效的阻擋裂紋通過的選區(qū)邊緣。所述的第二束激光是指波長10.6 μ m的CO2激光。所述的離焦輻照是指在將CO2激光的焦點(diǎn)置于玻璃材料之上f 3mm對玻璃進(jìn)行輻照，輻照位置在選區(qū)內(nèi)。離焦輻照不局限于垂直輻照，輻照光束可以不垂直于玻璃表面。首先有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明選用厚度為1.1mm的普通玻璃作為材料；選用圓形作為去除形狀。選用綠光激光刻寫隔離帶，選用CO2激光對選區(qū)進(jìn)行離焦輻照。本實(shí)例按以下方法進(jìn)行:將玻璃清洗干凈，置于加工平臺上；設(shè)置綠激光器振鏡的掃描路徑為直徑為3cm的圓，z軸平臺每下降100 μ m振鏡掃描一次，同時(shí)綠光開啟一次，設(shè)置綠光功率為500mW。設(shè)置z軸平臺位置，使綠激光焦點(diǎn)位于材料下表面。開始刻寫隔離帶。完成后，關(guān)閉綠激光，開啟CO2激光，調(diào)整z平臺位置，使CO2激光離焦輻照隔離帶內(nèi)部，離焦量為3mm。輻照時(shí)間6s， 功率48w，輻照結(jié)束后，吹氣冷卻Is。完成去除。實(shí)物圖如圖3所示。
權(quán)利要求
1.玻璃的激光選區(qū)去除方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)利用綠激光或紫外激光在玻璃內(nèi)部從下到上分多層刻寫選區(qū)形狀，形成裂紋隔離帶，每層層間距100 μ m，激光功率為40(T600mW ； (2)利用CO2激光離焦l 3mm輻照選區(qū)區(qū)域，輻照時(shí)間4 7s，功率4(T50W； (3)停止輻照，吹氣體冷卻f2s，完成 去除。
全文摘要
玻璃的激光選區(qū)去除方法屬于激光領(lǐng)域。其包括以下步驟利用綠激光或紫外激光在玻璃內(nèi)部從下到上分多層刻寫選區(qū)形狀，形成裂紋隔離帶，每層層間距100μm，激光功率為400~600mW；利用CO2激光離焦1~3mm輻照選區(qū)區(qū)域，輻照時(shí)間4~7s，功率40~50W；停止輻照，吹氣體冷卻1~2s，完成去除。本發(fā)明適用于在玻璃材料上選區(qū)打孔，孔的形狀可以根據(jù)需要設(shè)定，有效控制裂紋。
文檔編號C03B33/09GK103193381SQ20131011798
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者陳繼民, 黃超, 白石 申請人:北京工業(yè)大學(xué)