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用皮秒脉冲激光器进行精密玻璃加工

        几个世纪以来,玻璃的加工工艺主要有机械法划片和断裂、磨削和切割。尽管微电子技术逐步发展,但这些古老的技术仍然在玻璃加工技术中占主导地位。随着高功率激光器在20 世纪60年代出现,玻璃切割很快就成为它的一个应用市场。尽管开发出许多创新的技术,但激光系统相对较高的复杂性和成本拖慢了它在该市场工业化的脚步。本世纪初,化学强化玻璃的普及给传统切割技术带来了更严苛的挑战,从而使得激光加入到更公平的竞争中来。结果显而易见:和玻璃深加工相关的新型激光器和激光技术呈现出爆炸式发展。有些技术例如ESI的Diamond Blaze技术可以实现非常快速的线切割,并且质量非常高。然而,在如今的微电子市场,弧形转角、内弧形的“Home”按钮、扬声器孔等部件需要的是不同的技术。例如, Eolite公司开发的一个专有工艺可以实现高化学强化玻璃的内弧形和外弧形的线切割,良品率很高。空气喷射的压力或者甚至只凭重力就可以移除被切除的部位,并且切割边缘的质量非常高,能减少或去掉后处理的步骤。
化学强化玻璃:结构

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       化学强化玻璃起源于20世纪6 0 年代,由康宁(Corning)开发,命名为“Chemcor”,可以应用于汽车、航空航天和制药行业,但是显然并未成为业内的主流。不过,在本世纪初,该项技术焕发了新的活力,改进产品被命名为“大猩猩玻璃”(Gorilla Glass),并迅速成为用于智能手机和平板电脑面板的主流材质。截止到2013年5月底,估计超过15亿台售出的设备使用了大猩猩玻璃。
生产大猩猩玻璃的工艺仍然利用了生产Chemcor 玻璃的基础原理。将钠玻璃浸入碱性溶液,使得玻璃中的钠离子与溶液中的钾离子交换。正如图1所示, 因为钾离子大于钠离子,使得玻璃表面具有更大的残余压应力。该压应力反过来又可以阻止裂纹的产生,从而限制了任何裂纹末端的应力,可以减少瑕疵的诱发和蔓延。最终使得该玻璃的抗损坏性比未强化的玻璃高出很多倍,可以耐受智能手机日常使用中遇到的应力和应变。
这种表面压应力可以显著提高玻璃的力学性能,但是强化玻璃的强度也会呈下降趋势,上海嘉定激光打标加工可以拥有这种技术,这样的话如果采用传统的划片和锯切工艺会带来更多问题。不夸张地说,通过传统的方法来切割最高强度的玻璃是不可能实现的。虽然化学强化让玻璃变得结实,但是也让它难以用机械法切割。首先,为了切开一种材料,划痕会非常深,作用力也必须非常高。同时,一旦划痕深入到中间的拉应力区域,拉应力作用于裂纹尖端,使得裂纹迅速自发地在中心的拉应力层进行无序扩展。由此在中心层产生的不可控和不规则的裂纹扩展通常会破坏整个部件。所以需要一种新的切割方法。





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