专利名称：一种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法
技术领域：
本发明涉及物理领域，尤其涉及光学技术，特别涉及激光切割加工技术，具体的是ー种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法。
背景技术：
从平板显示器和电子行业所用的电子玻璃衬底，到汽车业或建筑业等大規模制造领域所用的大尺寸的玻璃板，玻璃的应用非常广泛。最常见的玻璃类型为钠钙玻璃，主要用于汽车业、建筑业及家用器具领域，一般厚度为I. 6 12mm。厚度小于Imm的玻璃称为硼娃玻璃，主要用于平板显示器(FPD)与电子产品领域。随着更多新产品的应用，对于玻璃制品的质量要求也越来越高，除了要考虑玻璃的材料特性之外，还必须实现更为精密的玻璃加エ，传统的玻璃切割エ艺已经很难满足微裂及边缘质量方面的要求，而利用激光进行玻璃的切割不仅可以使切割边缘光滑整齐，避免了微细裂痕，切割质量得到很大的提高。而且，激光切割在计算机的辅助下，能够连续地、精确地完成设定图案的曲线切割，在现代玻璃加エ中有非常好的应用前景。现有技术中，激光切割玻璃技术分为激光热熔切割、激光热分离切割和激光刻蚀切割。其中，激光热熔切割方法的原理是，利用玻璃处在软化的温度下具有较好的塑性和延展性，用聚焦的高功率ニ氧化碳激光照射到软化的玻璃表面，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，实现玻璃的熔融切割，该方法的关键就是把玻璃加热到ー个适当的温度，减小激光切割过程中产生的热应力。但是，利用激光热熔切割对玻璃会有很强的热影响，处理不当就会对玻璃产生损伤，影响到玻璃的加工质量。激光热分离切割的原理是首先利用激光对玻璃表面进行加热，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，但该压应カ不会使玻璃产生破裂，然后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，这个拉应カ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。整个加工过程能完全消除细微的裂缝和碎片，无需后续打磨和抛光步骤。正因为如此，激光热分离的玻璃边缘也非常鋒利，极易划手。而且玻璃边缘存在热应力，虽然增强了玻璃边缘强度，但是如果发生轻微磕碰，也像钢化玻璃一般造成整个玻璃破碎，对后续加工エ序要求高。另外，在裂纹扩展过程中，如果裂纹得不到很好的控制，就会严重影响到切割质量，甚至使切割失败。激光刻蚀切割的原理是利用超短脉冲激光直接刻蚀玻璃，完成玻璃切割。超短脉冲激光具有能量高、作用时间短的优点，可以在避免材料被融化的情况下瞬间将材料变成等离子体而挥发出去，而在这极短的作用时间内，热量来不及在材料内堆积，从而避免了上述两种方法进行玻璃切割时产生的热效应。但是设备成本高，切割效率不高而且切割玻璃厚度有限制。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，所述的这种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法要解决现有的激光切割玻璃技术中热应カ影响加工质量、切割效率低、切割玻璃厚度有限的技术问题。本发明的这种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，包括一个将激光光束聚焦后作用在玻璃上的步骤和ー个利用热应力、机械外力或者化学法将所述的玻璃分断的步骤，其中，在所述的将激光光束聚焦后作用在玻璃上的步骤中，将激光光束聚焦到所述的玻璃的内部，促使玻璃内部折射率发生变化，再利用激光波阵面发生的畸变产生激光自聚焦，利用激光自聚焦形成的焦点附近的激光能量在玻璃内部产生多光子吸收电离击穿损伤，形成长条细丝损伤裂痕，将激光光束沿切割路径移动，将所述的长条细丝损伤裂痕扩展为细带状破坏裂痕，改变激光自聚焦形成的焦点在玻璃内部的高度，然后沿着切割路径重复移动激光光束，使所述的细帯状破坏裂痕贯穿整个玻璃基板，在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃分断的步骤中，利用热应力、机械外力或者化学法在玻璃表面形成应力，使玻璃沿细带状破坏裂痕分断。 进ー步的，所述的长条细丝损伤裂痕的直径在I微米到99微米之间，长条细丝损伤裂痕的长度小于10晕米。进ー步的，在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃分断的步骤进行之前，在玻璃上切割辅助裂痕。进ー步的，在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃分断的步骤中，可以利用玻璃加工エ序中的钢化过程中自动完成玻璃分断。本发明的工作原理是高強度激光聚焦在玻璃内部，使玻璃内部折射率发生变化，其变化与通过玻璃的激光强度成正比，而激光光强在其光束截面上的分布是呈高斯分布，中心部分光强高,折射率增加也大,而边缘部分光强弱,折射率变化小。激光波阵面就发生了畸变，产生自聚焦现象。激光光束自聚焦后，在焦点附近的区域光强会变得更强，造成玻璃内部发生多光子吸收电离击穿损伤，留下直径只有几微米到几十微米的长条细丝损伤裂痕，细丝裂痕最长可达几毫米，但直径近乎不变。然后将激光沿着切割路径移动，在玻璃内部形成一个由丝状裂痕形成的细带状破坏裂痕，改变激光焦点在玻璃内部的高度，然后沿着切割路径重复移动激光，从而形成贯穿整个玻璃基板的细带状破坏裂痕。由于玻璃内部的丝状破坏裂痕非常细，因此不是一歩完全分裂玻璃。玻璃在切割完后，一般都需要分断处理，本发明利用热应力、机械外力或者化学法在玻璃表面形成的应カ来完成玻璃切断。进ー步的，为了保证玻璃断裂质量，同时需要切割一些辅助裂痕。进ー步的，在玻璃分断的エ艺中，可以利用玻璃加工エ序中的钢化过程中自动完成，从而减少中间步骤，完全省去玻璃抛磨清洗。玻璃加工ニ步法即可完成，本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明先利用高強度激光聚焦在玻璃内部后产生的自聚焦现象在玻璃内部造成长条细丝损伤裂痕，沿着切割路径重复移动激光，使长条细丝损伤裂痕形成贯穿整个玻璃基板的细带状破坏裂痕，再利用热应力、机械外力或者化学法在玻璃表面形成的应カ来完成玻璃切断，切割精度高，速度快，成本低，切割过程中无碎片产生，切ロ质量高，无需后续抛磨处理，而且不会形成鋒利边缘。本发明可以切割任意厚度和形状的玻璃，实现玻璃激光切割的高精度、高速度、高质量和通用性。
图I是本发明的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法中的玻璃穿丝破坏裂痕的示意图。图2是本发明的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法中的细带状破坏裂痕的示意图。图3是本发明的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法的一个实施例中的辅助裂痕的示意图。
具体实施例方式实施例I
如图I所示，本发明的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，包括一个将激光光束I聚焦后作用在玻璃3上的步骤和ー个利用热应力、机械外力或者化学法将所述的玻璃3分断的步骤，其中，在所述的将激光光束I聚焦后作用在玻璃3上的步骤中，将激光光束I聚焦到所述的玻璃3的内部，促使玻璃3内部折射率发生变化，再利用激光波阵面发生的畸变产生激光自聚焦，利用激光自聚焦形成的焦点附近的激光能量在玻璃3内部产生多光子吸收电离击穿损伤，形成长条细丝损伤裂痕2，如图2所示，将激光光束I沿切割路径移动，将所述的长条细丝损伤裂痕2扩展为细带状破坏裂痕4，改变激光自聚焦形成的焦点在玻璃3内部的高度，然后沿着切割路径重复移动激光光束I，使所述的细帯状破坏裂痕4贯穿整个玻璃3基板，在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃3分断的步骤中，利用热应力、机械外力或者化学法在玻璃3表面形成应力，使玻璃3沿细带状破坏裂痕4分断。进ー步的，所述的长条细丝损伤裂痕2的直径在I微米到99微米之间，长条细丝损伤裂痕2的长度小于10毫米。进ー步的，在所述的利用热应カ或者机械外力将玻璃3分断的步骤进行之前，在玻璃3上切割辅助裂痕5。进ー步的，在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃3分断的步骤中，可以利用玻璃加工エ序中的钢化过程中自动完成玻璃3分断。本发明的工作原理是高強度激光聚焦在玻璃3内部，使玻璃3内部折射率发生变化，其变化与通过玻璃3的激光强度成正比，而激光光强在其光束截面上的分布是呈高斯分布，中心部分光强高，折射率增加也大，而边缘部分光強弱，折射率变化小。激光波阵面就发生了畸变，产生自聚焦现象。激光光束I自聚焦后，在焦点附近的区域光强会变得更强，造成玻璃3内部发生多光子吸收电离击穿损伤，留下直径只有几微米到几十微米的长条细丝损伤裂痕2，细丝裂痕最长可达几毫米，但直径近乎不变。然后将激光沿着切割路径移动，在玻璃3内部形成一个由丝状裂痕形成的细带状破坏裂痕4，改变激光焦点在玻璃3内部的高度，然后沿着切割路径重复移动激光，从而形成贯穿整个玻璃3基板的细带状破坏裂痕4。由于玻璃3内部的丝状破坏裂痕非常细，因此不是一歩完全分裂玻璃3。玻璃3在切割完后，一般都需要钢化处理，本发明利用物理或化学钢化玻璃3过程中在玻璃3表面形成的应カ来完成玻璃3切断。进ー步的，为了保证钢化过程中玻璃3断裂质量，同时需要切割一些辅助裂痕5。以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明 的保护范围。
权利要求
1.一种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，包括一个将激光光束聚焦后作用在玻璃上的步骤和一个利用热应力、机械外力或者化学法将所述的玻璃分断的步骤，其特征在于在所述的将激光光束聚焦后作用在玻璃上的步骤中，将激光光束聚焦到所述的玻璃的内部，促使玻璃内部折射率发生变化，再利用激光波阵面发生的畸变产生激光自聚焦，利用激光自聚焦形成的焦点附近的激光能量在玻璃内部产生多光子吸收电离击穿损伤，形成长条细丝损伤裂痕，将激光光束沿切割路径移动，将所述的长条细丝损伤裂痕扩展为细带状破坏裂痕，改变激光自聚焦形成的焦点在玻璃内部的高度，然后沿着切割路径重复移动激光光束，使所述的细带状破坏裂痕贯穿整个玻璃基板，在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃分断的步骤中，利用热应力、机械外力或者化学法在玻璃表面形成应力，使玻璃沿细带状破坏裂痕分断。
2.如权利要求I所述的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，其特征在于所述的长条细丝损伤裂痕的直径在I微米到99微米之间，长条细丝损伤裂痕的长度小于10毫米。
3.如权利要求I所述的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，其特征在于在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃分断的步骤进行之前，在玻璃上切割辅助裂痕。
4.如权利要求I所述的激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，其特征在于在所述的利用热应力、机械外力或者化学法将玻璃分断的步骤中，利用玻璃加工工序中的钢化过程自动完成玻璃分断。
全文摘要
一种激光自聚焦穿丝玻璃切割方法，将激光光束聚焦到玻璃的内部，促使玻璃内部折射率发生变化，再利用激光波阵面发生的畸变产生激光自聚焦，利用激光自聚焦形成的焦点附近的激光能量在玻璃内部产生多光子吸收电离击穿损伤，形成长条细丝损伤裂痕，将激光光束沿切割路径移动，将长条细丝损伤裂痕扩展为细带状破坏裂痕，再改变激光自聚焦形成的焦点在玻璃内部的高度，沿切割路径重复移动激光光束，使细带状破坏裂痕贯穿整个玻璃基板，最后利用热应力、机械外力或者化学法在玻璃表面形成应力，使玻璃沿细带状破坏裂痕分断。切割精度高，速度快，成本低，切口质量高，无需后续抛磨处理，而且不会形成锋利边缘，可以切割任意厚度和形状的玻璃。
文档编号C03B33/08GK102765876SQ20111011736
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者龚辉 申请人:上海镭立激光科技有限公司