玻璃的激光切割加工
玻璃的激光切割加工
2010-09-29玻璃的技术早已不是什么新技术，各种研究机构都实现了出色的切割效果。GSI集团激光事业部在用CO2激光束实现无缝可控玻璃，以及其他易碎性材料的直线切割方面，已经获得数项专利。激光束玻璃采用可控玻璃开裂技术，并将加热与冷却相结合，不仅能实现高质量的切割边缘，还能尽可能地减少微裂问题。无缝玻璃步骤包括:
l 1.用激光束加热玻璃
表
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面;
2.玻璃表层的压缩应力加大，但不损坏其表面;
l 3.用冷却剂冷却切割线表面;
l 4.温度的骤然变化使玻璃表面产生较高的张应力;
l 5.最终在玻璃板上形成初裂。
就目前而言，玻璃的种类繁多，而且其应用也非常广泛小到几微米的小型光学过滤器、笔记本电脑平板显示器所的19英寸玻璃衬底，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，玻璃的应用五花八门。玻璃产业可分为五个不同领域、
最常见的玻璃类型为钠钙玻璃，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。
不管应用在哪里，随着设备越来越小型化，对玻璃的需求也越来越多，因为传统工艺已经很难满足微裂及边缘质量方面的要求。平板电视、笔记本电脑以及便携式电话快速发展，这些产品中的LCD和PDP需求也在快速增长。采用传统工艺时，切割边缘需要进行大量的打磨和抛光处理，这样才能去除边缘的不平整问题。玻璃采用可控玻璃开裂技术，并将加热与冷却相结合，不仅能实
现高质量的切割边缘，而且还尽可能减少了微裂问题。通过使用加工技术，无需额外的边缘加工技术就能去除微裂，不仅提高了工作效率，而且改进了边缘加工质量，从而带来了可观的经济优势。此外，省略打磨和抛光工艺后，制造
左右。 成本也可降低75%
过去，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，所有都采用CO2激光，因为CO2激光具备较高的光吸收特性。硼硅玻璃从5000nm(5?m)就开始全面吸收CO2激光。
通过CO2激光和喷水的可控加热与冷却处理，CO2会在玻璃表面上形成微裂(约为玻璃板厚度的六之一)。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。
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(见图2)。系统经过精心优化，可实现稳定的直线切割。系统包括100W的光束或椭圆激光加热源(尺寸约为2mm×20mm)，主轴与切割方向一致，细水雾中心间距约为18mm。这样，表面加热可达80oC，能以0.5m/s的速率在2mm厚的玻璃上稳定地实现直线切割。
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。
玻璃的加工方式的主要优势在于切割精度高，不产生微裂、破碎或碎片问题;玻璃的边缘抗破裂性极高;玻璃边缘也保持了光学性能;无需冲洗、打磨、抛光，从而降低了制造成本;可在洁净室中进行操作;不会造成材料损耗。
无缝技术超越了传统的玻璃切割/分离技术，通过适当结合加热和冷却工艺，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。
来源:与激光加工服务中心-北京华能科美科技有限公司(
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