玻璃的激光切割技术.docVIP

玻璃激光切割新技术 王 菲 王 哲 （天津市激光技术研究所 300192） ［摘要］ 文章首先介绍了玻璃的应用领域和种类，传统的切割方法及存在的问题，继而提出了激光引致应力切割新方法及机理，探讨了玻璃激光切割系统的组成与选择，对新方法的优势进行了评价，并对其应用前景进行了分析。 ［关键词］ 玻璃 切割 激光 引致应力 前言 玻璃应用[1]，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?最常见的为钠钙玻璃，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 (FPD) 与电子产品领域。?传统的玻璃切割采用硬质合金或金刚石刀具，其切割流程为首先用金刚石刀尖硬质合金砂轮，在玻璃的表面一条采用机械手段将玻璃沿着线分割开。当今，对于玻璃制品的质量要求越来越高，必须更为精密、细致的加工结果，因为传统工艺已经很难微裂及边缘质量方面的要求迫切需要玻璃切割的技术创新。?激光切割技术已经成熟，在金属板材与管材、有机板材与管材等材料的切割方面，获得了成功的应用，使传统的制造技术得到了很大程度的改造与提升。而玻璃是无机材料，热传导率很低，从理论上讲用激光加工应该有较好的结果。激光切割属于热加工，材料的去除是气化与熔化的过程。作者从事激光切割多年，早期曾用高功率（KW级以上）激光多次进行了切割玻璃的实验，因功率高对玻璃造成了不容忽视的热影响，以致融化局部材料或产生无规律的开裂，而且切割边缘很难保证整齐、平滑，因而不能实际的工程应用。 随着激光加工工艺研究的不断深入与创新，一种应用较低功率的激光，便能使玻璃分离并可控玻璃技术可控技术： 用激光束加热玻璃表面；玻璃表层的压缩应力加大，但不损坏其表面；用冷却剂冷却切割线表面；温度的骤然变化使玻璃表面产生较高的张应力  ??? 与传统的机械切割工具不同，激光束的能量以一种非接触的方式对玻璃进行切割。该能量对工件的定部进行加热，之后紧接着进行快速冷却，使玻璃内部产生垂直向的应力带，在该方向一条光滑而笔直的裂缝。因为裂缝受热而产生，非机械，所以不会有碎屑和微裂纹出现激光切割边缘强度加工×10-6K-1，所幸的是，多数普通玻璃都满足这一要求。选择不同的激光功率、光点扫描速度等加工参数，应力引致的断裂深度可达100μm到数mm，所以使用激光法可一步切割厚度为100μm到数mm的玻璃。影响切割速度的因素有：玻璃的厚度、材料的热膨胀系数以及激光器的输出功率。相比之下，硬质金属轮切割同样厚度同种玻璃的速度比激光快些，但这种差异可被激光切割所带来的经济性和质量优势所弥补。可以相信，加工过程的进一步优化及采用更高输出功率的激光，都会容易地将加工速度大幅提高。 玻璃激光切割系统 首先是选择适宜的激光器，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平均功率为 100～500W（取决于玻璃的厚度）的 CO2 激光适用于切割应用。激光切割系统经过精心实现稳定的直线切割 4、激光切割玻璃的优越性 ? 激光切割技术超越了传统的玻璃切割/分离技术，通过适当加热和冷却工艺，激光束可在玻璃上精确加热一条直线，随后再喷射冷气或气／液混合物加以冷却。这种热诱张力会产生精确的玻璃裂隙，从而实现高质量的切割边缘。这种的主要优势在于：精度高；不产生微裂、破碎或碎片问题；?玻璃的边缘抗破裂性极高；?玻璃边缘保持了光学性能；?无需冲洗、打磨、抛光，从而降低了制造成本；不会造成材料损耗。????????激光切割玻璃具备加工速度精度参数设置优势大批量加工的选择。激光切割避免侧面裂缝，不仅边缘的冲击强度强，整体组件强度通常能提高 80%，从而显著改善部件损坏的能力。材料强度的提高减少了损坏与损失的可能性，也减少了由于潜在的产品瑕疵而过早的在现场出现故障的问题。这对产品设计而言是一大优势，设计者不仅可以使用更轻、更薄的材料，而且还不影响产品使用寿命。??? 玻璃激光切割技术推广移植到大批量生产线中应用验证不仅得到了充分证明，而且经济存在玻璃破碎危险的产品的生产电子行业中用于装有玻璃的通讯移动产品的制造包含薄玻璃易碎部件的产品，如传感器、触控板或玻璃外壳新产品需要新的手段来实现创新特征减少加工步骤来降低生产成本现有的生产遇到经济压力需要巨大的生产方式改良激光切割技术。?激光切割是一项创新技术，在电子、汽车建筑行业用在加工其他易碎材料，如