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玻璃的激光切割 郭卫 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司 摘要：本文分析了激光切割的原理，论述了玻璃采用激光切割的具有的条件和激光切割玻璃 的过程特征，研究了玻璃切剖的特点和应用领域． 关键词；激光切割玻璃c02激光 激光切割的工业应用始于20世纪70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽、嵌刀 片、制造冲剪纸箱板的模具。随着激光器件和加工技术的进步，其应用领域逐步扩大 1mm～1 到各种金属和非金属的切割。激光精密切割加工一般以薄板(0 0mm)为主要 对象，其加工精度一般在十微米级。 1激光切割基本原理 激光切割的基本原理是利用激光引致的应力使玻璃“分离”，激光束聚焦成很小 的光点，使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远超过被材料反射、 传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对 线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。图1为激光切割时的隋景。 I曩～ 图1激光切割时的情景 由于玻璃本身固有的物理性质，很难用激光对其进行加工。当用激光加工玻璃时， 必须解决几大技术难题。首先是激光的波长选择问题。不仅光谱的可见光部分可穿透 大多数玻璃，而且光谱中大部分不可见光也可穿透多种玻璃，从而限制了可用激光的 波长选择范围。不过实际上，在某些应用中．这种穿透特性也是一种优势，比方说在 “背面加工”领域，激光束可以穿过大块衬底以加工远端的材料。在大多数情况下， 激光波长的选择在红外(IR)与紫外(UV)之间。迄今为止，所有激光切割都采用CO， 激光，因为CO：激光具备较高的光吸收特性。硼硅玻璃从5000nm就开始全面吸收CO： 一103一 激光。 通过C02激光和喷水的可控加热与冷却处理，C02激光切割会在玻璃表面上形成微 裂(约为玻璃板厚度的六分之一)。加热源和冷却源的存在会产生一个应力场，它在 形成裂缝前可立即削弱玻璃，从而形成一条光滑而笔直的裂缝(见图2)。 图2 辅助式C0z玻璃切割示意图 ’ 只要仔细控制玻璃的温度分布图，采用激光加工工艺便可实现出色的切割边缘， 光滑而又平整。激光加工技术的优势在于，工艺过程中既不损耗材料，也不产生颗粒， 而且切割质量非常高。激光切割系统经过精心优化，可实现稳定的直线切割。激光切 向一致，细水雾中心间距约为lgmm。这样，表面加热可达80℃，能以0．5m／s的速率在 2ram厚的玻璃上稳定地实现直线切割。通过聚焦光路在玻璃表面形成椭圆型的聚焦点， 椭圆的聚焦焦点保证了激光能量在切割线两侧的均匀的和最优化的分布。玻璃强烈地 吸收10．6微米的激光，所以几乎所有的激光能量都被玻璃表面15微米吸收层所吸收， 相对玻璃表面移动激光光点形成所需的切割线。 激光切割技术可避免侧面裂缝，不仅边缘的冲击强度加强，整体组件强度通常也 能提高80％，从而显著改善了部件避免加工损坏的能力。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，甚至还能延长使用寿命。 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100 微米到数毫米，意味着使用激光法可一步切割深度为100微米到数毫米的玻璃。这个过 程依赖于热致机械应力，断裂深度和切割速度与材料本身的膨胀系数很有关系。一般 X 说来，适用于激光法进行切割的玻璃的膨胀系数最小应为3．2 10父1，所幸的是，多 数普通玻璃都满足这个要求。 2激光切割的主要特性 (1)激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，无刀具磨损，工件无机 ．．．．104．．．．． 械变形，无刀