该激光切割过程使用短脉冲激光结合产生焦线的光学件，从而使得多种可离子交换玻璃组合物的主体发生完全穿孔。玻璃相对于激光束移动，产生描绘出任意所需部件的形状的穿孔线。玻璃可以在离子交换之前进行切割，或者可以在离子交换之后进行切割。激光产生孔状缺陷区，其渗透玻璃的整个深度，其直径约为1微米。这些穿孔或者缺陷区域通常间隔1‑15微米。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请根据35U.S.C.§120，要求2014年10月31日提交的美国申请系列第14/529697号的优先权，其要求2013年12月17日提交的美国临时申请第61/917,128号以及2014年7月11号提交的美国临时申请第62/023251号的优先权。这些申请的全部说明通过参考纳入本文。技术背景离子交换或者化学强化玻璃它们抵抗来自划痕和表面冲击的破坏性的能力是已知的。近年来，这些玻璃组合物已经受到了许多关注，因为平板PC、智能手机和各种可交互触摸电子产品形式的手持式电子装置得到了蓬勃发展。对于康宁公司(Corning)，这类玻璃的商标名是玻璃。但是，出于各种原因，可离子交换玻璃组合物的切割会是具有挑战性的。首先，如果是在离子交换(IOX)之后切割，玻璃会经受高度拉伸，这导致其易于粉碎成碎片，如果由于切割过程诱发的开裂扩展没有良好地受到控制或者诱发了过多的二次损伤超过切割边缘的话。其次，离子交换过程本身会是可变的，因而产生部件的内部应力中心张力(CT)的水平发生显著变化。这意味着调节至在特定中心张力水平实现开裂或玻璃分离控制的切割工艺可能在一批经离子交换部件的切割时是成功的，但是对于另一批经离子交换的部件就是失败的。第三点，对于部分应用，可能希望在离子交换之前切割玻璃。在该情况下，离子交换之前的玻璃在切割之前会具有非常小的内应力，并且切割和分离工艺必须可适用于加工这种材料。
技术实现思路
该激光切割过程使用短脉冲激光结合产生焦线的光学件，从而使得多种可离子交换玻璃组合物的主体发生完全穿孔。玻璃相对于激光束移动，产生描绘出任意所需部件的形状的穿孔线。玻璃可以在离子交换之前进行切割，或者可以在离子交换之后进行切割。激光产生孔状缺陷区，其渗透玻璃的整个深度，其直径约为1微米。这些穿孔或者缺陷区域、破坏痕迹，通常间距为1-20微米(例如，1-15微米)。除了单片玻璃之外，该工艺还可用于切割玻璃堆叠，并且可以以单次激光通过完全穿孔总高度高至数个mm的玻璃堆叠。包含玻璃堆叠的片材还可经由空气间隙在各个位置是分开；激光加工仍然会在单次通过中，对该堆叠的上层玻璃层和下层玻璃层都完全穿孔。一旦对玻璃进行了穿孔，如果玻璃具有足够的内应力(例如，许多离子交换强化玻璃的情况)，裂纹会沿着穿孔线扩展，并且会将玻璃片分离成所需的部件。如果玻璃处于低应力，可以施加机械应力来分离部件，或者使用沿着穿孔线或者靠近穿孔线的CO2激光的后续通过来产生热应力，这会使得玻璃沿着相同的预定程序的穿孔线发生分离。结果是具有高质量边缘的可离子交换切割玻璃片，切割边缘的整个宽度上具有均匀表面织构，表面粗糙度<0.5微米，表面下损坏小于100微米，例如，小于75微米、小于50微米、小于30微米或者甚至小于20微米或更低。由于通过前述工艺进行切割，玻璃部件通常会具有>100兆帕斯卡(MPa)的边缘强度。但是，如果需要的话，然后可以使得玻璃部件经受后续加工，从而进一步强化边缘强度或可靠性。氢氟酸(HF)中的酸蚀刻使得缺陷边缘和小的表面下损坏水平得以钝化或去除，并提升边缘强度。研磨和抛光去除较少量的表面下损坏，并提升边缘强度和/或形成斜角或斜切边缘。对于IOX之前的部件，部件可以进行离子交换以增加压缩应力，从而增强边缘强度。该激光加工可以对IOX之前或者IOX之后的可离子交换玻璃进行切割。如果不需要稍后的CO2激光分离步骤的话，可以采用该工艺来切割中心张力(CT)水平范围是例如24-104兆帕斯卡(MPa)的IOX后(离子交换后)的玻璃。该工艺对于刚切割的边缘可实现非常严格或良好的受控强度分布，这导致较高的制造产率以及处理和运输过程中更高的可靠性。该激光工艺还在玻璃的顶侧/底侧实现了几乎对称的强度，这对于其他切割方法是非常难以做到的。这省略了对切割后的玻璃片的顶表面/底表面进行轨迹追踪(track)的需求。该工艺导致可离子交换玻璃的切割边缘中的表面下损坏低至例如25微米，这极大地降低了后续研磨和抛光所需时间或步骤数。激光加工可有利地结合切割后加工，以实现最终部件可靠性所需的特别高的边缘强度(>500MPa)。激光加工甚至可以以明显的飞行高度变化来切割玻璃，系统不需要精确地控制光学件与玻璃的距离。这实现了对于大的玻璃片中通常存在的翘曲的容纳，而不需要对此类片材翘曲的大小进行绘图，所述绘图需要额外的昂贵设备和更长的加工时间来进行翘曲测量。激光加工可以切割极高中心张力的材料，例如中心张力高于100MPa的玻璃，这无法用其他方法进行高产率的可靠切割。激光加工可以以激光参数的通用设定来对宽范围的CT进行切割，容纳IOX工艺变化并且省略对于供给到切割过程的片材的昂贵且耗时的应力测量。通过对堆叠进行切割，激光加工可以增加机器产出，降低成本。本文所述的激光过程可以切割通过空气间隙，不会在间隙中发生束膨胀和失焦。在一个实施方式中，对可离子交换玻璃工件进行激光加工的方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，所述激光束焦线取向沿着脉冲激光束的束扩展方向。将激光束焦线导向进入可离子交换玻璃工件中，激光束焦线在材料内产生感应吸收，感应吸收沿着工件内的激光束焦线产生缺陷线或者损坏轨迹。该方法还包括使得工件和激光束相互沿着轮廓平移，从而激光沿着轮廓在工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的周期性是0.5-20微米。在另一个实施方式中，根据上文所述的方法制造了玻璃制品。在另一个实施方式中，玻璃制品包括可离子交换玻璃，并且玻璃制品具有至少一个边缘，所述至少一个边缘具有多条延伸至少250微米的缺陷线，缺陷线分别具有小于或等于约5微米的直径。所述多条缺陷线的相邻缺陷线之间的间距(或者缺陷线之间的距离或周期性)可以是0.1-20微米。距离也可小于或等于约7微米。附图说明通过示例性实施方式更为具体的描述使得前述内容是更为清楚的，在所示附图中，对于所有不同视图，相似附图标记表示相同部件。附图不一定是成比例的，相反地，进行了突出强调来显示示例性实施方式。图1是钻孔方法的示意图，其采用激光束的线聚焦从而在玻璃片中产生损坏轨迹或孔。图2A和2B显示激光束焦线的定位，即对激光波长透明的材料由于沿着焦线的感应吸收的加工。图3A所示是根据一个实施方式的用于激光加工的光学组件。图3B-1至3B-4所示是通过将激光束焦线相对于基材的不同定位来对基材进行加工的各种方式。图4所示是用于激光加工的光学组件的第二个实施方式。图5A和5B所示是用于激光加工的光学组件的第三个实施方式。图6是用于激光加工的光学组件的第四个实施方式的示意图。图7A-7C示意性显示对于示例性皮秒激光，激光辐射(示例性脉冲群内的激光脉冲的强度)与时间的关系。图8显示通过本文所述的激光加工形成的特征的扫描电子显微图。节距是这些特征之间的分隔距离。图9显示购自康宁有限公司(Corning Incorporated)的IOX前的编号2320(离子交换前的)玻璃的切割边缘的电子显微图。图10显示玻璃的离子交换前和离子交换后样品的内应力水平和应力曲线的示例性对比。图11是中心张力(CT)为101MPa的400微米厚的编号2320玻璃的单次通过激光切割边缘的图像。图12的表格显示用本文所述的工艺切割的0.7mm厚的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对可离子交换玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向沿着束传播方向并且被导向到所述可离子交换玻璃工件中，所述激光束焦线在所述工件中产生感应吸收，所述感应吸收在所述工件中产生沿着所述激光束焦线的缺陷线；以及使得所述工件和所述激光束相互沿着轮廓平移，从而激光沿着所述轮廓在所述工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的空间周期性是0.5‑20微米。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.17 US 61/917,128;2014.07.11 US 62/023,251;1.一种对可离子交换玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向沿着束传播方向并且被导向到所述可离子交换玻璃工件中，所述激光束焦线在所述工件中产生感应吸收，所述感应吸收在所述工件中产生沿着所述激光束焦线的缺陷线；以及使得所述工件和所述激光束相互沿着轮廓平移，从而激光沿着所述轮廓在所述工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的空间周期性是0.5-20微米。2.一种通过如权利要求1所述的方法制备的玻璃制品。3.一种玻璃制品，其包括CT<20MPa的离子交换前的非层状的可离子交换玻璃，所述玻璃制品的至少一个边缘具有多条从一个主表面延伸到另一个主表面的薄的缺陷线，所述缺陷线的间隔小于20微米，以及所述表面具有100和1000nm的表面粗糙度Ra。4.如权利要求1所述的方法或者如权利要求2或3所述的制品，其还包括沿着所述轮廓对所述工件进行分离。5.如前述任一项权利要求所述的方法或制品，所述方法或制品还包括在酸溶液中蚀刻所述工件，从而从分离的工件去除材料。6.如前述任一项权利要求所述的方法或制品，其特征在于，所述工件包括离子交换前的玻璃，以及所述方法还包括对分离的工件施加离子交换过程。7.如前述任一项权利要求所述的方法或制品，其特征在于，所述工件包括多块可离子交换玻璃基材的堆叠。8.如前述任一项权利要求所述的方法或制品，其特征在于，所述可离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·马加诺维克，G·A·皮切，S·楚达，R·S·瓦格纳，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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