玻璃表面盲孔加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103252587A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103252587103252587A(43)申请公布日2013.08.21(21)申请号201310153638.4(22)申请日2013.04.27(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人陈继民黄超郭铁岩(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.B23K26/38(2006.01)B23K26/40(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书2页说明书2页附图2页附图2页(54)发明名称玻璃表面盲孔加工方法(57)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。CN103252587ACN1032587ACN103252587A权利要求书1/1页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10.6μm的CO2激光离焦20mm辐照上层玻璃，辐照时间10~15s，功率25~45W；（3）辐照完成后5秒内将上层玻璃去除，完成加工。2CN103252587A说明书1/2页玻璃表面盲孔加工方法技术领域[0001]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[0002]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[0003]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。[0004]玻璃表面盲孔加工方法，其特征在于，包括以下步骤：[0005]（1）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；[0006]（2）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；[0007]（3）辐照完成后5秒内将上层玻璃去除，完成加工。[0008]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。[0009]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。[0010]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裂。[0011]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20~90nm，盲孔四周无裂纹，盲孔底面为球面，盲孔尺寸在2~8mm可控。[0012]本发明的特点是：[0013]1.利用薄钠钙玻璃作为辅助层，对下层玻璃进行加工。3CN103252587A说明书2/2页[0014]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。[0015]3.盲孔底面为近似球面，粗糙度与加工之前玻璃表面相近。[0016]4.加工时间短，为10s~15s。附图说明[0017]图1本发明所使用的激光加工系统的结构示意图[0018]图中：1，CO2激光器，2，聚焦镜，3，反射镜，4，加工平