[發明專利]一種非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法

在審

• 申請號: 201810165133.2
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108381043A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 蔣仕彬
• 申請（專利權）人: 蘇州圖森激光有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法，包括以下步驟：(1)在待加工材料的上表面施加一層透明液體；(2)將一透明平板覆蓋在透明液體層上；(3)排除透明平板與待加工材料之間的氣泡，形成的待加工組件自下而上依次為待加工材料層、透明液體層、透明平板；(4)將待加工組件放置在激光加工工作臺上進行加工，激光束透過透明平板和透明液體層，聚焦至待加工材料層的下表面，按設定軌跡進行加工并逐步升高聚焦點，由下至上實現對待加工材料的打孔或切割。本發明實現了非平滑表面透明硬脆材料由下而上的激光加工方式，可以降低加工材料的溫度，抑制激光加工中產生的粉塵向工件上方的擴散，明顯減少對周邊環境的空氣污染。

技術領域

本發明涉及一種激光加工方法，具體涉及一種對透明硬脆材料的激光加工方法。

背景技術

激光加工，如激光打孔、激光切割等是透明硬脆材料加工的一種重要技術，它是通過控制激光束聚焦在玻璃的下表面，沿預設切割路線加工出切割槽，隨加工槽深度增加，焦點隨之上升，最終切穿玻璃，形成所需的特定形狀（例如形成槽、小孔、切割面等）。此種方法環保，消耗低，對加工產品表面無接觸，因此無論從加工成本、對環境的影響、以及加工品質，激光加工都是最優選擇。與通常加工方向從上往下的方法相比，這種由下向上的激光加工能夠避免粉塵對入射激光的影響，提高能量耦合效率，且加工出的孔、槽錐度小等。

但是這種方法對材料上表面的平整度及透光性有較高要求，如果材料上表面有花紋、凹坑等微結構，激光照射在上表面時發生散射、衍射、或不同方向的折射后，光束在材料內的傳播出現彌散現象，無法在下表面聚焦，有效能量密度將嚴重下降，以致無法實現加工。因此對于如壓花玻璃、磨砂玻璃、磨砂石英等表面凹凸不平的硬脆透明材料，將不能通過上述由下向上方式進行激光加工。

現有技術中，液體輔助加工通常用于散熱。例如，中國發明專利申請CN106735871A公開了一種液體輔助激光加工方法，包括如下步驟：激光器發射激光束，所述激光束被引導到掃描系統中；所述激光束被掃描系統改變路徑并聚焦后與液體耦合；所述激光束與液體耦合后進入噴嘴，與液體一同從噴嘴射出至待加工工件上。該方案中，液體的輔助加工用于對加工位置的散熱，并且其只能用于自上向下式的加工，不能用于自下向上式的加工。目前，并沒有液體輔助加工用于自下向上式的激光加工的報道。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法，使得由下向上方式的激光加工可以用于上表面為非平滑表面(具有表面微結構)的透明硬脆材料的加工。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法，包括以下步驟：

(1)在待加工材料的上表面施加一層透明液體，所述透明液體的折射率與待加工材料的折射率的差值不大于0.45；

(2)將一透明平板覆蓋在透明液體層上；

(3)排除透明平板與待加工材料之間的氣泡，形成的待加工組件自下而上依次為待加工材料層、透明液體層、透明平板；

(4) 將待加工組件放置在激光加工工作臺上進行加工，激光束透過透明平板和透明液體層，聚焦至待加工材料層的下表面，按設定軌跡進行加工并逐步升高聚焦點，由下至上實現對待加工材料的打孔或切割。

上述技術方案中，利用與被加工材料折射率相近的透明液體填平材料上表面凹凸槽，從而阻止或降低由表面散射引起的光束彌散，改善激光光線進入材料內部后傳播方向上的差異，使激光穿過樣品表面后仍然能夠適當聚焦，焦點或焦點鄰近處的光強度仍能達到材料損傷或破壞閾值以上，實現具備表面微結構的透明硬脆材料的激光加工。

優選的技術方案，步驟(1)中，透明液體的施加方法為噴涂。

優選的技術方案，步驟(1)中，所述透明液體的折射率與待加工材料的折射率的差值不大于不大于0.3。