专利名称：玻璃表面盲孔加工方法
技术领域：
本发明涉及一种利用激光在玻璃板表面加工球面盲孔的方法。
背景技术：
玻璃在工业生产和日常生活中应用非常广泛。由于玻璃的硬脆特性，长期以来，在玻璃上加工表面光洁度高的盲孔，一直是一个难题，而高光洁度、低粗糙度是光学元件的基本要求。盲孔加工是制备微凹透镜阵列的技术前提，同时，盲孔在微流道方面应用极为广泛，一个质量优越的盲孔，对于微流道的质量来说至关重要。利用飞秒、皮秒激光等可以在玻璃上加工微纳米尺度的盲孔，但是在加工大尺寸盲孔方面，利用飞秒和皮秒效率低，而且很难形成球面，同时飞秒和皮秒激光器难以维护，价格昂贵。如果利用CO2激光在玻璃表面直接加工，则会产生难以控制的裂纹，影响加工质量。
发明内容
针对以上内容，有必要提出一种效率高、成本低、效果好的玻璃盲孔加工方法。玻璃表面盲孔加工方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)将厚度小于1.5mm的 钠钙玻璃放置于待加工玻璃上方，排除钠钙玻璃与待加工玻璃之间的空气；(2)利用波长为10.6μπι的CO2激光离焦20mm辐照上层玻璃，辐照时间l(Tl5s，功率25 45W ；(3)辐照完成后5秒内将上层玻璃去除，完成加工。将薄钠钙玻璃放置于待加工玻璃上表面，具体可以通过两块玻璃之间摩擦排除之间空气，使其紧密粘接。本发明可以在玻璃上进行球面盲孔加工，本发明中，盲孔加工所使用的装置包括激光控制系统、激光器、工作台。本发明的工作原理是:当激光辐照上层玻璃时，玻璃受热形变，在辐照光斑范围附近呈现中间厚四周薄的近似凸透镜的形状，这个形状对离焦激光产生了自聚焦作用，再次经过聚焦的激光作用于下层待加工玻璃材料上，对材料进行辐照升温，使其在被辐照的局部升温到流动性比较强的软化状态。辐照接收后，在其冷却到软化点温度之前，将上层玻璃去掉,下层软化的材料也将随之去除,完成球面盲孔的加工。过程中，上层玻璃除激光辐照区域外，周围部分也有一定温升，因为其厚度比较小，所以热量可以传达到下面的待加工玻璃材料上，相当于对待加工材料进行了预热，使得热应力场梯度削弱，避免盲孔周围部分破
ο本发明可实现在玻璃基板上加工球面盲孔，表面粗糙度与原始玻璃表面粗糙度相近，为2(T90nm，盲孔四周无裂纹，盲孔底面为球面，盲孔尺寸在2 8_可控。本发明的特点是:1.利用薄钠钙玻璃作为辅助层，对下层玻璃进行加工。
2.CO2连续激光用来对上层玻璃材料进行辐照，属于非接触加工。3.盲孔底面为近似球面，粗糙度与加工之前玻璃表面相近。4.加工时间短，为IOs 15s。
图1本发明所使用的激光加工系统的结构示意中:1，CO2激光器，2，聚焦镜，3，反射镜，4，加工平台加工平台可以上下运动，以控制离焦距离。图2玻璃表面盲孔加工原理示意中:5，离焦(1)2激光光束,6,福照过程中，上层玻璃产生的透镜效果不意图,7,上层钠钙玻璃，8，待加工玻璃图3玻璃表面球面盲孔实物图
具体实施例方式本发明可以在玻璃上加工底面为球面的盲孔，本发明中，加工所使用的装置包括激光器、加工平台、反射镜、聚焦镜。其步骤包括:( I)将薄钠 钙玻璃置于待加工玻璃上方，排除两块玻璃之间空气，使其紧密接触。(2)开启激光器，离焦辐照上层玻璃。(3)辐照结束后，在5秒内将两块玻璃分离，完成盲孔加工。所述的薄钠钙玻璃是指厚度在1.5mm以下的普通钠钙玻璃。所述激光器是指波长为10.6 μ m的CO2激光器。所述的离焦辐照是指，将玻璃放置在激光焦点以下2(T30mm处，激光功率为25 45W，激光辐照时间为1(T15S，随着激光辐照时间增加，盲孔深度0.7_增加到2.7_。随着激光功率的增加，盲孔直径2mnT8mm。首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。本发明选用厚度为1.1mm的普通钠钙玻璃作为上层玻璃；选用超白玻璃作为待加工玻璃。利用CO2激光对玻璃进行加工。本实例按以下方法进行:将1.1mm后钠钙玻璃和超白玻璃清洗干净，玻璃表面保持湿润，以便更好的粘和在一起，将钠钙玻璃置于超白玻璃上方，轻轻摩擦，排除之间空气。将两块玻璃整体置于加工平台上；调整平台位置，使上层玻璃上表面到激光焦点位置的距离为25mm。设置激光功率为30W，辐照时间为11S，开启激光，开始辐照。辐照完成后5秒内将上层钠钙玻璃与超白玻璃分开，在超白玻璃表面得到底面为球面的盲孔，实物图如3所示，加工完成。
权利要求
1.玻璃表面盲孔加工方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将厚度小于I.5mm的钠钙玻璃放置于待加工玻璃上方，排除钠钙玻璃与待加工玻璃之间的空气； (2)利用波长为10.6μπι的CO2激光离焦20mm辐照上层玻璃，辐照时间l(Tl5s，功率25"45ff ； (3)辐照完成后5秒内将上层玻璃去除，完成加工。
全文摘要
玻璃表面盲孔加工方法属于激光加工领域。由于玻璃的硬脆特性，长期以来，在玻璃上加工表面光洁度高的盲孔，一直是一个难题，而高光洁度、低粗糙度是光学元件的基本要求。本发明包括以下步骤将厚度小于1.5mm的钠钙玻璃放置于待加工玻璃上方，排除钠钙玻璃与待加工玻璃之间的空气；利用波长为10.6μm的CO2激光离焦20mm辐照上层玻璃，辐照时间10~15s，功率25~45W；辐照完成后5秒内将上层玻璃去除，完成加工盲孔底面粗糙度与原玻璃表面相近，盲孔周围无微裂纹存在。
文档编号B23K26/40GK103252587SQ201310153638
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者陈继民, 黄超, 郭铁岩 申请人:北京工业大学