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激光切割玻璃的原理
来源: 点击数:131次 更新时间:2018/8/1 15:50:16

 

  玻璃是一种重要的产业材料,应用在国民经济的诸多行业,如汽车业、建筑业、医疗、显示器、电子产品等,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与电子产品领域。 


  玻璃显著的特点是硬脆性,给加工带来很大的困难。传统的玻璃切割采用硬质合金或金刚石刀具,其切割流程一般为:首先用金刚石刀尖或硬质合金砂轮或高硬度金属轮,在玻璃的表面划出一条刻痕,再采用机械手段将玻璃沿着刻痕线分割开。用砂轮或机械轮在玻璃上进行刻划的过程中,产生沿着切割方向的切向张力,从而可使玻璃沿着划痕裂开。这种方法切割的结果是:边缘不平滑、有微小裂痕,材料上残存不对称边缘应力及残留碎屑等。对于很多应用,碎屑和局部应力所造成的微小裂痕将造成器件的失灵,所以必须进行切后边缘的打磨与抛光,以强化边缘。另外,机械轮加工中还需要辅助剂辅助切割,辅助剂也有可能粘在成品边缘,需要过水清洗或超声波清洗等处理。后续处理工序以及低成品率(发生不确定的裂痕)等都将增加成品玻璃制品的造价。

 
  激光切割玻璃的原理


  激光切割玻璃的方法从原理上可以分为两种:一种是熔融(蒸发)切割法,另一种是裂纹控制法。 


  (1)熔融切割法


  利用玻璃处在软化的温度下具有较好的塑性和延展性,用聚焦的CO2激光或者紫外激光照射到软化的玻璃表面,激光具有的较高的能量密度会导致玻璃融化,然后用气流吹走熔融的玻璃,产生沟槽,从而实现玻璃的熔融切割。


   (2)裂纹控制法


  这是一种常用的激光切割方法。第一步,对玻璃表面进行激光加热,较高的能量会使该处的温度急剧升高,表面产生较大的压应力,但该压应力不会使玻璃产生破裂;第二步,对该区域进行急剧的冷却,一般采用冷却气体或者冷却液,急剧的降温会使玻璃表面产生较大的温度梯度和较大的拉应力,这个拉应力会使玻璃表面沿着预定划线的方向开始破裂,实现玻璃的切割。


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