用于使用多种气体介质激光切割蓝宝石的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于制造蓝宝石部件的系统和方法。获取蓝宝石基材300用于执行激光切割操作。使用激光器402和由气体递送装置404提供的第一气体介质沿切割轮廓302切割蓝宝石基材。第一气体介质基本上由惰性气体组成。然后在切割轮廓处或切割轮廓附近使用激光器和第二气体介质照射蓝宝石基材。第二气体介质与第一气体介质不同并包括氧气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求于2014年1月30日提交的名称为“System and Method for Laser Cutting Sapphire Using Multiple Gas Media”的美国非临时性专利申请14/168,285的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。
本公开的主题整体涉及制造蓝宝石部件，并且具体地涉及使用激光器和多于一种气体介质来切割蓝宝石基材并生产蓝宝石部件。蓝宝石部件可被用作便携式电子设备的保护盖。
技术介绍
金刚砂是氧化铝的结晶形式并且被发现具有各种颜色，其大多数通常被称为蓝宝石。蓝宝石是硬且结实的材料，具有9.0莫氏硬度的硬度，并且因此，能够划伤几乎所有其他材料。因为其硬度和强度，蓝宝石可以是其他半透明材料如玻璃或聚碳酸酯的有吸引力的替代。然而，由于其易碎性质，由于部件的表面或者边缘的小缺陷，蓝宝石易受明显的强度降低。通常期望最小化在制造期间可能发生的小缺陷以生产耐用且持久的蓝宝石部件。制造接近无缺陷的蓝宝石部件可存在独特的挑战。由于部件的表面或边缘上的缺陷群体，易碎材料诸如蓝宝石的强度受到限制。不一致或不充分的表面或边缘抛光可导致微裂纹的增长并导致弱化的部件。常规的半透明材料如硅酸盐玻璃能够被化学强化到显著深度以最小化这些缺陷的影响，但是对于极硬的材料诸如蓝宝石，类似的工艺不容易可用。另外，当实施常规的加工技术时，蓝宝石的硬度使得切割和抛光该材料既困难又费
时。另外，当用于蓝宝石时，常规的加工工具诸如切割器经受相对快速的磨损。在对蓝宝石部件进行表面抛光时这进一步增加了资源需求。总之，需要一种用于生产在部件的边缘和表面上具有最小微缺陷的蓝宝石部件以得到随着时间的改善的强度和可靠性的系统和方法。还需要一种用于以快速、可重复的方式在蓝宝石部件上产生高质量边缘切割同时使用有效量的资源的系统和方法。
技术实现思路
一个示例性实施方案涉及制造蓝宝石部件的方法。获取蓝宝石基材用于执行激光切割操作。蓝宝石基材被沿切割轮廓使用激光器和第一气体介质切割。第一气体介质基本上由惰性气体组成。然后在切割轮廓处或者切割轮廓附近使用激光器和第二气体介质照射蓝宝石基材。第二气体介质与第一气体介质不同并且包括至少15体积％的氧气。蓝宝石部件最终与蓝宝石基材分开。在一些实施方案中，惰性气体是氮气。在一些情况下，第一气体介质包括至少99体积％的惰性气体。在一些实施方案中，使用激光器对蓝宝石基材执行最终切割。最终切割可导致蓝宝石部件与蓝宝石基材分开，或者另选地，最终切割可将附加材料从蓝宝石部件移除。在一些情况下，在已使用第二气体介质照射蓝宝石基材之后执行最终切割。在其他情况下，在已使用第二气体介质照射蓝宝石基材之前执行最终切割。在一些实施方案中，以比用于使用第一气体介质切割蓝宝石基材的切割激光功率小的照射激光功率执行使用第二气体介质的照射。在一些情况下，切割激光功率小于950瓦，并且照射激光功率比切割激光功率小至少500瓦。在一些实施方案中，使用比用于使用第一气体介质切割蓝宝石基材的切割激光功率大的最终切割激光功率来执行最终切割。在一个示例性实施方案中，沿切割轮廓切割蓝宝石基材包括(1)使用激光器沿切割轮廓熔化蓝宝石基材的一部分，以及(2)通过在蓝宝石基材的已熔化的一部分上鼓吹第一气体介质流来沿切割轮廓移除蓝宝石基材的一部分。在一个示例性实施方案中，沿切割轮廓照射蓝宝石基材包括(1)使用激光器沿切割轮廓加热蓝宝石基材的一部分，以及(2)将蓝宝石基材的被加热的一部分浸没在第二气体介质中。在一个实施方案中，蓝宝石部件可作为保护盖安装在便携式电子设备上。在一些情况下，便携式电子设备是以下各项中的任一者：移动电话、便携式媒体播放器、可穿戴设备或者平板计算设备。一个示例性实施方案涉及一种用于生产蓝宝石部件的系统。该系统包括气体递送装置，该气体递送装置被配置为向被激光束照射的蓝宝石基材的一部分提供气体流。该系统还包括被配置为产生入射到蓝宝石基材的一部分上的激光束的激光器。在一些情况下，激光器被进一步配置为在气体递送装置提供第一气体介质时沿切割轮廓照射蓝宝石基材。第一气体介质基本上由惰性气体组成。激光器被进一步配置为在气体递送装置提供第二气体介质时沿切割轮廓照射蓝宝石基材。第二气体介质与第一气体介质不同并且包括至少15体积％的氧气。在一些实施方案中，激光器是具有1,500瓦的最大功率以及0.2ms至10ms范围内的可变脉冲持续时间的红外线激光器。附图说明图1A示出了样本电子设备的前部。图1B示出了样本电子设备的后部。图2示出了用于制造蓝宝石部件的示例性过程。图3A示出了已经被切割的蓝宝石基材。图3B示出了已经被切割和照射的蓝宝石基材。图3C示出了从蓝宝石基材移除的蓝宝石部件。图4示出了用于生产蓝宝石部件的示例性系统的示意图。具体实施方式多种消费类和非消费类设备利用由类似于蓝宝石的硬材料形成的保护盖、窗口和/或表面。相比于其他光学透明材料诸如硅酸盐玻璃，蓝宝石提供改善的耐刮擦性和强度。然而如前所提及的，蓝宝石也是相对易碎的并且如果在制造期间引入小的缺陷可能失效。另外，由于材料的高强度和硬
度，切割和抛光工艺应该被优化，以降低制造成本和难度。如本文所述，根据各种实施方案，可使用激光切割工艺制造蓝宝石部件，该激光切割工艺使用多于一种气体介质来有助于移除材料并且还控制在切割工艺期间可能发生的褪色。具体地，融合激光切割工艺可被用于生产具有可接受的边缘和表面光洁度的蓝宝石部件。在融合切割期间，激光束可被用于加热以及部分地熔化蓝宝石材料的一部分。指向的气体流然后被用于移除熔化的材料，以在蓝宝石材料中留下空隙或者凹陷。融合切割所生产的效率和边缘抛光可优于其他类型的激光切割技术，包括例如消融激光切割技术或者激光划线。激光融合切割中使用的气体介质的类型可影响边缘的质量并且还可有助于控制与蓝宝石材料的化学反应诸如氧化。例如，惰性气体(例如，氮)在融合激光切割期间的使用可导致边缘抛光具有少的微裂纹、碎片或者其他物理间断点。然而，惰性气体的使用还可在部件的边缘附近产生褐色的或者暗的色调，出于视觉透明度或光学透明度的原因这可为不可取的。其他气体，诸如氧气，可在融合激光切割工艺期间被使用以增加氧化并增加生成的热的量，这可导致增加的切割速度。另外，氧气的使用可移除使用氮气执行的先前的激光切割所产生的褐色的或暗的色调。然而，由于可产生的热的增加的水平，使用氧气还可增加在部件的边缘处的微裂纹、碎片或者其他物理间断点的风险。本文所述的技术可被用于利用不同类型的气体介质的优点，同时最小化可能的缺点。根据下面描述的各种实施方案，蓝宝石部件制造工艺可使用激光和多于一种气体介质来生产具有可接受的边缘抛光和视觉外观的蓝宝石部件。1.具有蓝宝石保护盖板的设备根据各种实施方案，图1A-B示出了在设备的外部上具有多个硬的保护板的设备。在当前的实施例中，保护板由一个或多个蓝宝石部件形成，其提供显著的耐刮擦性并增强设备的机械完整性。保护板还可用作具有光传输性质的窗口并提供对下面的部件的可视性，诸如显示屏或图形元素。在典型的具体实施中，保护板的光学性能和机械性能两者对于设备的质量和性能的感知可均为重要的。如图1A所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造蓝宝石部件的方法，包括：获取蓝宝石基材；使用激光器和第一气体介质沿切割轮廓切割所述蓝宝石基材，其中所述第一气体介质基本上由惰性气体组成；使用所述激光器和第二气体介质在所述切割轮廓附近照射所述蓝宝石基材，其中所述第二气体介质与所述第一气体介质不同并且包括至少15％的体积的氧气；以及将所述蓝宝石部件与所述蓝宝石基材分开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.30 US 14/168,2851.一种制造蓝宝石部件的方法，包括：获取蓝宝石基材；使用激光器和第一气体介质沿切割轮廓切割所述蓝宝石基材，其中所述第一气体介质基本上由惰性气体组成；使用所述激光器和第二气体介质在所述切割轮廓附近照射所述蓝宝石基材，其中所述第二气体介质与所述第一气体介质不同并且包括至少15％的体积的氧气；以及将所述蓝宝石部件与所述蓝宝石基材分开。2.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，还包括：使用所述激光器在所述蓝宝石基材上执行最终切割，从而使所述蓝宝石部件与所述蓝宝石基材分开，其中在已使用所述第二气体介质照射所述蓝宝石基材之后执行所述最终切割。3.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，还包括：使用所述激光器在所述蓝宝石基材上执行最终切割，从而使所述蓝宝石部件与所述蓝宝石基材分开，其中在已使用所述第二气体介质照射所述蓝宝石基材之前执行所述最终切割。4.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中使用所述第二气体介质的所述照射以比用于使用所述第一气体介质切割所述蓝宝石基材的切割激光功率小的照射激光功率执行。5.根据权利要求4所述的制造蓝宝石部件的方法，其中所述切割激光功率小于950瓦，并且所述照射激光功率比所述切割激光功率小至少500瓦。6.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中使用比用于使用所述第一气体介质切割所述蓝宝石基材的切割激光功率大的最终切割激光功率来执行所述最终切割。7.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中所述惰性气体是氮气。8.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中沿所述切割轮廓切割所述蓝宝石基材包括：使用所述激光器沿所述切割轮廓熔化所述蓝宝石基材的一部分；以及通过在所述蓝宝石基材的已被熔化的所述一部分上鼓吹所述第一气体介质的流来沿所述切割轮廓移除所述蓝宝石基材的所述一部分。9.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中沿所述切割轮廓照射所述蓝宝石基材包括：使用所述激光器沿所述切割轮廓加热所述蓝宝石基材的一部分；以及将所述蓝宝石基材的被加热的所述一部分浸没在所述第二气体介质中。10.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中所述蓝宝石基材包括具有多个层以及由蓝宝石制造的至少一个层的层合结构。11.根据权利要求1所述的制造蓝宝石部件的方法，其中所述第一气体介质包括至少99％的体积的惰性气体。12.一种制造蓝宝石部件的方法，包括：获取蓝宝石基材；使用激光器沿第一切割轮廓照射所述蓝宝石基材；使用基本上由惰性气体组成的第一气体介质沿所述第一切割轮廓移除所述蓝宝石基材的至少一部分；使用所述激光器和第二气体介质沿第二切割轮廓照射所述蓝宝石基材，其中所述第二气体介质与所述第一气体介质不同，所述第二气体介质包括至少15％的体积的氧气，并且所述第二切割轮廓与所述第一切割轮廓偏移；以及将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·李，A·J·里克特，D·N·梅默林，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US