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激光切割技术在玻璃中的应用

来源:激光制造网

  发布:johnny

关键词:激光切割,玻璃加工,半导体

2018-11-13

 玻璃是一种重要的产业材料,在中国已有上千年的发展历史,它不仅丰富了我们的生活世界,更是促进了文明社会的发展。目前,玻璃已应用在国民经济的诸多行业,如汽车业、建筑业、医疗、显示器、电子产品等,小到几微米的小型光学过滤器、笔记本电脑平板显示器的玻璃衬底,大到汽车业或建筑业等大规模制造领域所用的大尺寸的玻璃板。玻璃种类繁多,常见的为钠钙玻璃,也称为碱性玻璃,主要用于汽车业、建筑业及家用器具领域,一般厚度为1.6~10mm。厚度为1mm或不足1mm的玻璃称为硼硅玻璃或者非碱性玻璃,主要用于平板显示器与电子产品领域。

 

玻璃是一种较为透明的固体物质,在熔融时形成连续网络结构,冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。玻璃显著的特点是硬脆性,给加工带来很大的困难。当今,对于玻璃制品的质量要求越来越高,必须实现更为精密、细致的加工结果。传统的玻璃加工方法是机械刀划割。但机械刀划割工效低、效果差、易碎,容易钝化,破损更换。很难达到无微裂纹及边缘质量方面的要求,所以迫切需要玻璃切割的技术创新。目前行业有一种新的玻璃加工方法,即:激光切割。

(图片来源:德力激光)

如今,随着技术进步,激光微加工能够实现越来越多的功能,如精密钻孔,精细切割,选择性材料去除等等,而且有更多新的应用、新的概念正在被提出、实践和导入工业化生产。激光是对各类材料进行微观精密加工的理想工具,它与工件无直接作用力,不易损伤产品,CAD图纸直接导入快速便捷,对于部分应用是传统方式无可比拟的高效率(如密集钻孔等),没有排放和废弃物、环保等优点。

(图片来源:致凯捷)

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。激光切割时割炬与工件无接触,不存在工具的磨损。加工不同形状的零件,不需要更换“刀具”,只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低,振动小,无污染。

 

实行激光玻璃切割目前应用两种方法:一是熔融切割法,利用玻璃处在软化的温度下具有较好的塑性和延展性,用聚焦的CO2激光或者紫外激光照射到软化的玻璃表面,激光具有的较高的能量密度会导致玻璃融化,然后用气流吹走熔融的玻璃,产生沟槽,从而实现玻璃的熔融切割。二是裂纹控制法,这是一种常用的激光切割方法。1、对玻璃表面进行激光加热,较高的能量会使该处的温度急剧升高,表面产生较大的压应力,但该压应力不会使玻璃产生破裂;2、对该区域进行急剧的冷却,一般采用冷却气体或者冷却液,急剧的降温会使玻璃表面产生较大的温度梯度和较大的拉应力,这个拉应力会使玻璃表面沿着预定划线的方向开始破裂,实现玻璃的切割。

现在切割玻璃加工工艺一般都是选用CO2激光器。选择适宜的激光器,考虑的因素包括波长、输出功率、光束模式、灵活性、费用、可靠性以及是否利于系统集成等。CO2激光器发射的激光波长为10.6μm,而玻璃能强烈地吸收波长10.6μm的激光,几乎所有的激光能量都被玻璃表面15μm吸收层所吸收,所以玻璃激光切割系统几乎都配置CO2激光器。

玻璃激光切割是一项创新技术,已在电子、汽车、建筑行业得到应用(显示器、手机平板的屏幕、汽车的车窗、挡风玻璃等),同时该技术能用在加工其他易碎材料,如制造电子行业晶圆的陶瓷材料,其他半导体行业常见的材料等都有望成为激光切割加工的对象。在节能减排要求的大环境下,下一个具有潜力的应用行业将是太阳能产业。相信激光切割技术会越来越成熟,激光切割玻璃的技术的发展也将会越来越好。 

作者:老牛