0077]圖1示出在工件2之上的激光加工設備1，該工件放置在工件臺3上。該激光加工設備具有超短脈沖激光器10和聚焦光學器件11，以便發(fā)出聚焦的輻射光束12，其焦點13大致位于工件2的頂側。在工件2上示出了分割線或斷裂線20，應當沿著其將工件分割或分裂開。焦點13可以沿著該線20行進，這可以通過在兩個坐標方向21、22上對臺進行調節(jié)來實現(xiàn)。采用了非常小的調節(jié)步長。
[0078]超短脈沖激光器10可以在兩個或多個相繼的周期中發(fā)出激光脈沖。光束的波長選擇為使該波長處于工件2的透射范圍內。激光脈沖的能量確定為使得分別形成橫向于工件2表面的線狀的破壞部位14。通過使聚焦光學器件11沿著預設的斷裂線20行進，在工件2中產(chǎn)生一列破壞部位14，它們在一定程度上限定出預設的斷裂面。本發(fā)明涉及這種線狀成列的破壞部位14的制造。
[0079]圖2示意性示出橫向穿過工件2的破壞部位14。在所示實施例中，破壞部位14包括三個在一條線上對齊的長絲結構4、5和6。這些長絲結構中的每個都通過超短激光脈沖產(chǎn)生。在長絲結構4的情況下，通過激光輻射光束12的自聚焦，這導致產(chǎn)生等離子部位41，工件材料在該等離子部位轉變?yōu)榈入x子相，這伴隨有射出的光束42，該光束通過自聚焦導致另一等離子部位43，并且該過程繼續(xù)進行直至激光脈沖的能量耗盡。由于熱膨脹，在等離子形成部位41、43、45處在一定程度上發(fā)生等離子爆炸，其主要是沿著在工件內部形成的空隙導致裂紋形成，這是期望的，但如通過裂紋46示意性示出的那樣，還與該通道橫向地導致裂紋形成。這些橫向裂紋46是不期望的并且在本發(fā)明中應當保持盡可能小。
[0080]為了這個目的，在多個階段中來制造破壞部位14。這通過在兩個或多個相繼的周期中發(fā)出激光脈沖實現(xiàn)。在此，激光脈沖在周期期間的能量選擇成使得在發(fā)射周期期間僅產(chǎn)生小且少的等離子爆炸部位那么小。由此，大幅減小了破壞性的側向裂紋46的形成。沿著長絲結構4構造出空隙和空隙裂紋，它們預示了遲些時候在工件中會發(fā)生斷裂。
[0081]在第二脈沖周期中，長絲結構5以與長絲結構4相似的方式產(chǎn)生。在此，形成了等離子泡51、53、55和散焦-聚焦部位52、54 ;類似地，在第三脈沖周期中形成了等離子泡61、63和散焦-聚焦部位62。由于之前在破壞部位的方向上形成的空隙和空隙裂紋，達到了較大的深度延伸，其在某種程度上提供了用于第二激光脈沖周期和后續(xù)激光脈沖周期的引導通道。相繼的激光脈沖周期的數(shù)量根據(jù)工件2的厚度來確定。
[0082]為了有助于在斷裂面20的方向上的空隙形成，適宜的是:選定激光輻射光束的橫截面形狀，其在期望的斷裂方向上具有延展尺寸。
[0083]這些橫截面在圖3、圖4和圖5中示出。橢圓形的橫截面形狀可以通過組合的柱面透鏡由激光輻射的原先為圓形的橫截面形狀來獲得。
[0084]輻射橫截面在圖4中示出的披針形狀和在圖5中示出的水滴形狀可以通過特種透鏡來獲得。在這些形狀的情況下，有助于形成在期望的斷裂線20的方向上的空隙裂紋和空隙。
[0085]如所示那樣，當斷裂線具有曲線形狀時，激光輻射光束必須被調整為使得較大的橫截面延展尺寸指向期望的斷裂方向。
[0086]在加工脆性材料時存在以下危險，即，當沿著預設的斷裂線20的所有破壞部位還沒有全部完成時，就發(fā)生材料的自發(fā)斷裂。為了降低或者完全避免這種危險，加工在“中性的”氣體環(huán)境下實施，例如在氮氣中實施。這樣獲得了預備好用于分離或分裂的工件。最終的分離或分裂于是借助將機械壓力施加到工件上并且在水蒸氣或其他含羥基OH的氣體環(huán)境下進行。
[0087]要注意的是，線狀成列的破壞部位14的間距選擇得越緊密，在分離平面中的斷裂就越細微。該間距與破壞部位的直徑處于同一數(shù)量級。
【主權項】
1.一種用于在透明工件(2)中制造線狀成列的破壞部位(14)的方法，所述方法具有下列步驟: a)提供激光加工設備(I)，所述激光加工設備具有超短脈沖激光器(10)和聚焦光學器件(11)，其中，激光束的波長處在所述工件(2)的透射范圍內； b)提供工件臺(3)和移動裝置，用于在所述工件⑵中制造破壞部位(14)期間將所述聚焦光學器件(11)定位到所述工件(2)上，并且在此之后用于在聚焦光學器件(11)與工件臺(3)之間沿著所述破壞部位(14)的列的線(20)逐步地相對移動； c)在所述聚焦光學器件(11)在每個破壞部位(14)上定位期間，在兩個或多個彼此相繼的周期中發(fā)出激光脈沖，其中，所述激光脈沖在每個周期中的能量被確定為用于在所述透明工件⑵中形成相應的長絲結構(4、5、6)，并且橫向穿過所述工件⑵延伸的、相繼成列的長絲結構(4、5、6)在所述彼此相繼的激光脈沖周期中產(chǎn)生。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，每個長絲結構都具有珠串狀地橫向于板狀的工件延伸的多個聚焦部位和散焦部位。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，聚焦光學器件(11)相對工件(2)的相對移動的步長處在所述長絲結構(4、5、6)沿著所述線狀成列的破壞部位的側向尺寸的大小范圍內。
4.根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的方法，其中，根據(jù)所述工件的局部厚度來確定在一個破壞部位(14)處的彼此相繼的激光脈沖周期的數(shù)量。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的方法，其中，所述聚焦光學器件(11)產(chǎn)生具有以下橫截面的輻射光束(12)，所述橫截面在所述線狀成列的破壞部位(14)的方向上比在橫向于所述線狀成列的破壞部位(14)的方向上延展更寬。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述聚焦光學器件(11)能在更寬的輻射光束橫截面延展尺寸上進行調節(jié)，并且較大的橫截面延展尺寸的方向根據(jù)所述線狀成列的破壞部位的走向進行調整。
7.根據(jù)權利要求1至6中任意一項所述的方法，其中，所述工件(2)在制造所述線狀成列的破壞部位期間被保持在中性氣體環(huán)境下，以便避免過早地沿著所述線狀成列的破壞部位斷裂。
8.一種用于分離和分裂工件的方法，其中，在該方法之前實施了根據(jù)權利要求1至6中任意一項所述的用于制造線狀成列的破壞部位的方法作為準備步驟。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，為了有助于所述工件(2)的分離和分裂，給所述破壞部位(14)供應具有OH離子份額的氣體。
10.一種用于借助聚焦的激光輻射分離工件的方法，所述方法包括以下步驟: -給所述工件施加第一保護氣體環(huán)境； -將超短脈沖激光對準所述工件，其中，所述工件在激光輻射的波長范圍中是透明的； -通過激光輻射，在所述工件的預定體積中產(chǎn)生到達深處的長絲狀的材料改性； -在激光輻射后，給所述工件施加具有較高的OH離子份額的第二氣體環(huán)境作為保護氣體環(huán)境； -沿著通過材料改性確定的分離區(qū)域分裂所述工件。
11.根據(jù)權利要求10所述的用于分離工件的方法，其中，所述工件包括預加應力的玻璃或玻璃陶瓷。
12.—種用于借助聚焦的激光輻射分離工件、特別是預加應力的玻璃或玻璃陶瓷的設備，所述設備包括: -用于容納所述工件的工件空間； -用于將工件供應到所述工件空間中的供應裝置； -超短脈沖激光源，以便通過激光輻射在所述工件的預定體積中產(chǎn)生到達深處的長絲狀的材料改性； -用于使所述工件和/或所述激光源相對彼此運動的設備； -用于將濕蒸汽供應到所述工件空間中的濕蒸汽供應裝置；以及 -用于沿著通過材料改性確定的分離線來分離所述工件的分離設備。
【專利摘要】本申請尤其涉及一種對透明工件(2)進行分離準備的方法。借助超短激光脈沖(12)沿著預定斷裂線產(chǎn)生橫向穿過工件(2)延伸的、彼此成列的長絲結構(4、5、6)。在隨后的步驟中實施對工件(2)的分離。
【IPC分類】B23K26-064, B23K26-00, B28D5-00, B23K26-402, B23K26-08, B23K26-38, C03B33-02
【公開號】CN104768698
【申請?zhí)枴緾N201380058362
【發(fā)明人】安德烈亞斯·奧特納, 安德烈亞斯·哈比克, 克勞斯·格斯特納, 格奧爾格·哈澤爾霍斯特
【申請人】肖特公開股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2013年11月8日
【公告號】DE102012110971A1, WO2014075995A2, WO2014075995A3