[發(fā)明專利]一種玻璃材質(zhì)過濾結構的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210537802.7
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103058502A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉富榮;黃超;陳繼民;袁建文
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C03B19/00
• 分類號: C03B19/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發(fā)明涉及一種在玻璃基板內(nèi)部制造過濾微結構的方法。

背景技術

日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，許多地方都需要應用到過濾微結構，過濾粉塵、泡沫等物質(zhì)，而玻璃在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應用同樣非常廣泛。將兩者進行融合，利用激光在玻璃內(nèi)部織構錯綜復雜的微結構，并使其在玻璃上下表面通透，水分子可以通過這種微結構，但泡沫、雜質(zhì)顆粒無法通過，完成過濾。目前，用來進行過濾的裝置多是其他材料，而利用玻璃制作過濾結構有制備簡單、價格便宜，過濾效果好等優(yōu)勢，同時玻璃材質(zhì)的過濾結構宏觀形狀可控，面積可控。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上內(nèi)容，有必要提出一種制作簡單、高可靠的過濾微結構制作方法，用來過濾液體中的雜質(zhì)微粒、泡沫等。

本發(fā)明可以制作0.7mm至8mm厚度的玻璃過濾裝置，隨著厚度增大，玻璃內(nèi)部過濾通道增多，因此過濾效果提高。制作過濾器使用的材料可以是普通鈉鈣玻璃、超白玻璃、電子玻璃甚至是液晶基板玻璃。

本發(fā)明中，制作玻璃過濾結構所使用的裝置包括計算機、激光器、計算機與激光器連接的數(shù)據(jù)線、激光運動控制系統(tǒng)、工作臺等運動控制系統(tǒng)，材料為上文中提到的各種玻璃。

一種玻璃材質(zhì)過濾結構的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）在計算機中用3D建模軟件建立濾網(wǎng)絡結構模型；

（2）提取網(wǎng)絡結構中的節(jié)點創(chuàng)建點云模型，此時豎直方向兩點間距離應為水平方向距離的1.8~2.1倍；點云模型高度需大于玻璃厚度2mm~4mm；點云密度在130~160(點/mm2)范圍內(nèi)變化；

（3）利用激光器配合加工平臺以及振鏡系統(tǒng)，按照生成的點云模型在玻璃材料內(nèi)部進行刻點形成裂痕，點與點之間會因為應力作用形成微通道，使點點之間相連接，形成具有過濾功能的微結構；綠光激光器功率在300mw~750mw之間變化，紫外激光器功率在400mw~900mw之間變化；低能量對應的過濾通道直徑更小。

所述的3D建模軟件可以是：3D?MAX、Pro/E、solidworks、AUTO?CAD等

所述的點云模型是指點陣列，激光按照點陣模型，在有點的位置出光進行加工。

所述的點云密度是指調(diào)整點與點之間距離，在激光功率一定的情況下，點與點之間距離過大將會導致兩點之間無通道連接，從而無法連通不能起到過濾作用，距離過小會導致兩點之間通道直徑過大，造成過濾效果不佳。隨著玻璃材料密度和光透過率的增加，點云密度和功率也要隨之增加。因為激光器光斑作用于玻璃內(nèi)部時產(chǎn)生的裂紋并非完全對稱，其在豎直方向尺寸大于水平方向尺寸，因此在豎直方向裂紋更容易擴展，為保證濾網(wǎng)結構均勻，通常豎直方向的點與點之間距離為水平方向距離的1.8~2.1倍。

所述的微米級通道是指玻璃內(nèi)部激光雕刻的兩點之間，當玻璃材料冷卻后，在拉伸應力作用下會產(chǎn)生裂縫，裂縫的直徑可以用激光功率和點云密度控制。

所述的激光器是綠光激光器或者紫外激光器。綠光激光器功率可調(diào)，平均功率300mw~750mw。紫外激光器平均功率為400mw~900mw。

所述的加工平臺是指一個能在豎直方向進行精確移動的平臺，用來在豎直方向定位待加工材料。振鏡系統(tǒng)用來將激光束在二維平面內(nèi)定位。

所述的點云加工指的是，按照第（2）和（3）步中生成并調(diào)整好密度的點云模型，將激光在需要打點的位置聚焦，聚焦點的能量密度將大于玻璃的破裂閾值，在聚焦點出產(chǎn)生一個微小裂痕，而在聚焦點以外的位置，能量密度低，不會對玻璃造成破壞。

本發(fā)明的工作原理是：根據(jù)玻璃材料類型與想要的過濾通道直徑，調(diào)整點與點之間距離和功率：對于普通鈉鈣玻璃，最佳點云密度為130~140（點/mm²），最佳激光器功率為720~755mw，此時，激光刻點處直徑為20μm，點之間通道直徑為5μm左右；對于超白玻璃，其密度和硬度均高于普通玻璃，最佳點云密度為140~155（點/mm²），最佳激光器功率為770mw左右，此時，激光刻點處直徑為20μm，通道直徑5μm左右。想要得到更加細小的通道以提高過濾精度，則可以通過增加點云密度，同時降低激光功率來實現(xiàn)。為簡化定位過程，建立點云模型時，模型高度應比玻璃基板厚度大2~4mm，以保證過濾結構在玻璃的上下表面通透。控制振鏡、平臺和激光器，按照預先設定的路徑在玻璃內(nèi)部刻點，可點完成后材料自然冷卻，點與點之間形成微通道，這些通道允許液體通過，會過濾掉尺寸大于直徑的雜質(zhì)微粒。其他類型的玻璃材料，根據(jù)其密度、彈性模量，以及對過濾結構性能的要求決定點云密度和激光功率。