千百年来,玻璃早已沦为人们十分熟悉的材料了,被用作种类多样的半透明或彩色产品中。现在,玻璃的生产具备明显的生态优势,这主要归功于其取之不尽的原材料,例如沙子、纯碱、石灰石和回炉碎玻璃,它在工业国家的回收率高达80%,并且有些地方(例如德国)还有着高效的重复使用系统。由于其出色的耐久性、机械强度和耐化学腐蚀性,玻璃这种令人著迷的材料具备十分普遍的应用于范围(图1),尽管聚合物在过去50年中也抢走了不少市场份额。
图1:用超快激光器对化学钢化玻璃展开成丝切割成和表面雕刻 为了维持原先市场并拓展新的市场,玻璃制造企业的研发活动持续大大。其中之一是朝着十分厚的玻璃(20-200mu;m的厚度)发展,以应用于在消费类产品和电子产品领域的轻质和柔软的产品中。
对于坚硬的玻璃,研发人员大大尝试提升其机械强度或更进一步改良玻璃产品的光学性能,以符合消费类电子产品、医疗设备、光学器件以及建筑、汽车、航空航天、太阳能等应用于的高拒绝。 当玻璃的机械性能或其他特定性能无法符合一项应用于的拒绝时,就要考虑到其他种类的半透明脆性材料了。鉴于玻璃大多数是无定形结构(如失效熔融),替代的无机材料要么是由显晶体包含,要么是半透明的陶瓷。
所有这些材料都要经过漫长的生产环节,最后才能获得想的形状和属性。直到今天,绝大多数的加工步骤依然倚赖传统的机械加工技术,还包括成型、划线、纸带、研磨或打磨等工序。 用激光加工玻璃和晶体仍然以来都非常具备挑战性,主要是因为其在红外线和近红外(NIR)光谱的较低吸取和较低的耐高温冲击性。最引人注目和最“显而易见”的应用于是用CO2激光器的高吸取波长在玻璃上展开激光打标。
过去几年,在市场上经常出现了更加简单的方式来构建表面或玻璃的打标——用于飞秒激光器。然而,由于这些激光器的价格较高,其应用于主要集中于在医疗设备或高档化妆品和香水的纸盒中。 众多选项 由于对增加加工步骤、材料浪费以及生产中对用水市场需求在大大下降,市场大大推展着激光制造商和系统集成商研发传统加工技术的替代方案。
在微加工领域的一些工序尤其必须更为准确和水消耗较较少的技术,例如切割成和纸带等。过去使用的多种方法某种程度都取得了顺利,它们使激光顺利应用于在切割成玻璃或其他半透明脆性材料上。这些工序分成: bull;划片和脱落; bull;特定形变产于的玻璃热分离出来; bull;显激光激光; bull;自下而上加工; bull;用低能量密度的光学穿透来构建玻璃内划线; bull;传统的熔融切割成; bull;在反应体积内成丝(例如宽而较宽的变型)。
这些方法大多数都有优点,但同时还有很多局限性。例如,在用超快激光展开表面划线之后,用划片和脱落来机械分离出来横截面较薄的脆性材料(厚度大于0.5mm)很有意思。
但是它仅有限于于直线以及短距离到中速(10到100mm/s,根据厚度而以定)的划线,并且常常不会在脱落后留给不直的边缘,划线边和脱落边的倾斜强度也不会有差异。不过,我们顺利地将激光划片和脱落用作蓝宝石划切生产发光二极管(LED)中。 在激光热分离出来中用于NIR液体激光器来代替标准的CO2激光器,这是基于多重激光束吸取技术(multiplelaserbeamabsorption,全称为MLBA),它是从外部通过激光诱导形变产于来引领产生材料内部的裂缝。
被分离出来的壁具备定极致、无微裂纹的质量,使得倾斜试验断裂强度相似理论玻璃水平。但是它也有其缺点:很难引领裂缝沿着轮廓按预计的曲线拓展并堵塞轮廓,而其中不再次发生任何偏差,因为裂缝的拓展相当大程度各不相同玻璃中当前的张力产于。最近在这一方面的研发还包括用超快激光器来构建类似于的效果和边缘质量,但轮廓切割成依然是一个问题。
因此,热分离出来有时必须与显激光激光结合,例如,生产手机显示屏。在这个例子中,激光热分离出来主要用作直线切割成,而圆角通过高功率超快激光器的激光来构建(图2)。
图2:激光加工半透明材料的各种自由选择,还包括通过表面雕刻来对石英玻璃展开打标(a),划片和脱落用作玻璃的表面雕刻(b),蓝宝石的内划线(c),玻璃的自下而上加工(d),玻璃的激光成丝(e和h)、玻璃的激光热分离出来(f)和蓝宝石的热熔托(g) 显激光激光可以用作表面甚至整个横截面来准确地除去材料,并且最后产生一个切口。缺点还包括比较较低的激光速度(特别是在薄的横截面上),对于厚度不多达0.。
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