玻璃是一種重要的產(chǎn)業(yè)材料,應(yīng)用在國民經(jīng)濟的諸多行業(yè),如汽車業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)療、顯示器、電子產(chǎn)品等,小到幾微米的小型光學(xué)過濾器、筆記本電腦平板顯示器的玻
璃襯底,大到汽車業(yè)或建筑業(yè)等大規(guī)模制造領(lǐng)域所用的大尺寸的玻璃板。玻璃種類繁多,最常見的為鈉鈣玻璃,也稱為堿性玻璃,主要用于汽車業(yè)、建筑業(yè)及家用器具領(lǐng)域,一般厚度為1.6~10mm。厚度為1mm或不足1mm的玻璃稱為硼硅玻璃或者非堿性玻璃,主要用于平板顯示器與電子產(chǎn)品領(lǐng)域。
玻璃顯著的特點是硬脆性,給加工帶來很大的困難。傳統(tǒng)的玻璃切割采用硬質(zhì)合金或金剛石刀具,其切割流程一般為:首先用金剛石刀尖或硬質(zhì)合金砂輪或高硬度金屬輪,在玻璃的表面劃出一條刻痕,再采用機械手段將玻璃沿著刻痕線分割開。用砂輪或機械輪在玻璃上進行刻劃的過程中,產(chǎn)生沿著切割方向的切向張力,從而可使玻璃沿著劃痕裂開。這種方法切割的結(jié)果是:邊緣不平滑、有微小裂痕,材料上殘存不對稱邊緣應(yīng)力及殘留碎屑等。對于很多應(yīng)用,碎屑和局部應(yīng)力所造成的微小裂痕將造成器件的失靈,所以必須進行切后邊緣的打磨與拋光,以強化邊緣。另外,機械輪加工中還需要輔助劑輔助切割,輔助劑也有可能粘在成品邊緣,需要過水清洗或超聲波清洗等處理。后續(xù)處理工序以及低成品率(發(fā)生不確定的裂痕)等都將增加成品玻璃制品的造價。
激光切割玻璃的原理
激光切割玻璃的方法從原理上可以分為兩種:一種是熔融(蒸發(fā))切割法,另一種是裂紋控制法。
(1)熔融切割法
利用玻璃處在軟化的溫度下具有較好的塑性和延展性,用聚焦的CO2激光或者紫外激光照射到軟化的玻璃表面,激光具有的較高的能量密度會導(dǎo)致玻璃融化,然后用氣流吹走熔融的玻璃,產(chǎn)生溝槽,從而實現(xiàn)玻璃的熔融切割。
。2)裂紋控制法
這是一種常用的激光切割方法。第一步,對玻璃表面進行激光加熱,較高的能量會使該處的溫度急劇升高,表面產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力,但該壓應(yīng)力不會使玻璃產(chǎn)生破裂;第二步,對該區(qū)域進行急劇的冷卻,一般采用冷卻氣體或者冷卻液,急劇的降溫會使玻璃表面產(chǎn)生較大的溫度梯度和較大的拉應(yīng)力,這個拉應(yīng)力會使玻璃表面沿著預(yù)定劃線的方向開始破裂,實現(xiàn)玻璃的切割。
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