脆性的非金属材料的切割方法技术

本发明专利技术的目的是提高脆性的非金属材料的切割生产率和质量。在第一方案中，达到此目的是借助提供脆性的非金属材料的切割方法，包括沿切割线制出切痕和补充作用在材料的表面上：其特征在于，在材料表面上的补充的作用是在制出切痕区使用至少一个弹性波源实现的，这时弹性波的振幅和频率的选择的条件是加深切痕至规定的深度或穿透切割。在第二方案中，达到提出的目的是借助下列方法，切痕的制出是用沿切割线用沿着它延伸的激光束加热材料的表面以及局部地冷却加热区实现的，而在材料表面上的补充作用是借助顺序地冷却加热区内切割线上的每一个点实现的，其时间期限可以与此点的加热期限等量。冷却的持续时间是根据材料的厚度及热物理性能结合获得规定深度的切割条件选择的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Method for cutting brittle nonmetallic material

The object of the present invention is to increase the cutting productivity and quality of brittle nonmetallic materials. In the first scheme, the purpose is cutting non-metallic materials by means of providing brittleness, including along the cutting line for cut and complement on the surface of the material, which is characterized in that the supplement on the surface of the material is the function in a cut area with at least one elastic wave source to achieve then, the amplitude and frequency of elastic wave selection is the condition of deepening the notch to the predetermined depth or through cutting. In the second scheme, achieve this purpose is using the following methods, the system is cut along the cutting line with the surface along the laser beam heating material it extends and local cooling the heated area, and the complementary role on the surface of the material by means of successively cooling each point in heating area of the cutting line, the time limit can be heated with this point the equivalent period. The duration of the cooling is selected according to the thickness of the material and the combination of thermal and physical properties to obtain a prescribed depth of cutting.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是涉及这些材料的激光切割方法，这些材料如任何类型的玻璃，包括石英玻璃，各种单晶体，例如蓝宝石和水晶，所有类型的陶瓷以及半导体材料。
技术介绍
已知一种，包括在材料的表面上沿切割线制出切痕，使用激光束在材料和光束相对移动时加热切割线，以及借助致冷剂局部冷却加热区(RF No.2024441，分类C03 B33/02，15.12.94公开)。该方法不仅允许制出切痕，而且还能进行玻璃或者其它脆性的非金属材料的穿透的切割，它是借助激光束或其它的热源使切割线重复地加热。这种切割方法的缺点是切割过程低的生产率，因为由于玻璃的低的热传导性，切痕的加深仅能够在低的位移速度下进行，这样才能保证材料热透至较大的深度。已知另一种非金属材料的切割方法，包括在材料和激光束相对移动时使用激光束加热切割线，借助致冷剂局部地冷却加热区，以及随后沿着切割线使用两个平行的激光束加热材料的表面(见美国专利No.6259058，分类7B24K26/067，10.07.2001公开)。与上述的切割方法相同，重复的加热可以保证切痕加深至材料中产生穿透的裂纹。然而，该方法具有与上述的切割方法相同的缺点。已知另一种，是在脆性材料的激光加工的装置上实现的，该方法包括使用激光束加热被切割的材料板材的一个表面，保证形成分离的裂纹，和在板材相对的表面上进行补充的机械作用(RF No.2139779，分类B23K26/00，20.10.99公开)。然而，无论在使用恒定的机械作用在材料的相对的表面上的情况下，或者结合使用活动的球体沿着激光束移动的轨迹撞击板材的相对的表面，这些方法仅允许缩短相对于激光束在材料表面的位置穿透裂纹的滞后，而不允许提高切割速度。还已知板形的，该方法是基于使用上述的措施，这就是借助金刚石工具预先制出沿切割线的刻痕(缺陷)，在材料和激光束相对移动时使用椭圆形激光束加热切割线，和借助致冷剂局部地冷却加热区(国际申请PCT/RU94/00276，国际公开号WO96/20062，1996)。该方法能够成功地使用于沿直线形外廓以及沿任何曲线形外廓切割板形材料。已知一种平板玻璃的切割方法，其中在玻璃的一个表面上使用定向的热流沿切割线作用，保证形成分离的裂纹，而在板材相对的表面上施加弯曲力，保证裂纹沿规定的路线移动(美国专利No.4190184，分类号C03B33/02，优先权日1978.8.23)。然而，这些方法不允许实现穿透的高生产率地切割材料，而要求为了最终地分离材料的切痕部分对材料进行补充的机械的或其它方法的分离操作。这种操作不允许保证被切割制件的高质量，以及除此之外，要求使用辅助的破断用设备。按技术本质与建议的专利技术最接近的是一种玻璃的切割方法，包括沿切割线制出切痕以及借助声学振荡补充作用在玻璃表面上，这时声学振荡是平行于玻璃的表面激励的(见前苏联专利技术证书No.996347，分类号C03B33/0公开日1983.2.15)在此方法中，穿透裂纹的形成发生在对玻璃传送超声范围在2-5KHz的声学振荡，在此时声学振荡是平行于玻璃的表面激励的。此外，为了提高过程的有效性，声学振荡的频率选择等于玻璃的本身的振荡的频率，以便产生谐振的振荡频率。然而，该方法具有一系列本质的缺点，它阻碍了在工业中广泛的使用。首先，为了对全部玻璃板施加超声振荡，能够导致沿刀具制出的切痕使玻璃分裂，要求以极大的能耗进行，其次，此切割过程很慢，因为它由单独的时间上不同的工艺过程组成制出切痕，相对于切痕线在严格规定的位置安装振荡器，以及将其紧密地固定在玻璃的表面上以保证牢固地接触，接通磁致伸缩或压电换能器。此外，由于在每次顺序的切割之后原始的玻璃毛坯的尺寸改变，必须改变振荡频率，以获得振荡的谐振频率。这样就要求繁重的预先的计算和经常的振荡频率的校正。第三，振荡器与玻璃表面的紧密的接触导致玻璃表面的损坏，这就是导致出现擦伤和掉块。它引起大量的废品的出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高脆性的非金属材料的切割的生产率和质量，它借助在同一的或不同的工艺循环中实现穿透的和非穿透的切割和保持均匀的切割速度，保证实现交叉切割的可能性，也可进行双层层压材料的切割。可以用两个方案来实现本专利技术的目的。在第一方案中，为实现本专利技术的目的，提供了一种非金属材料的切割方法，包括沿切割线制出切痕以及补充作用在材料的表面上，其特征在于，在材料表面上的补充的作用是在制出切痕区使用至少一个弹性波源实现的，其中弹性波的振幅和频率选择的条件是加深切痕至规定的深度或穿透切割。这时沿切割线制出切痕实现的方式可以是借助刀具，借助激光束，使用激光束沿切割线加热材料表面以及借助致冷剂补充地冷却加热区，并且在供给致冷剂区内用弹性波作用。沿切割线制出切痕可以借助使用两个激光束沿切割线加热材料的表面实现，两个激光束位于材料的表面上，在垂直于激光束和材料的相对的移动方向的方向上彼此保持规定的距离。在实现该方法时，最好弹性波集中在沿切割线的区域内的材料体积内。作为弹性波源适宜的是使用脉冲的激光辐射，对于它材料是不透明的。作为刀具使用带有切割棱的金刚石锥，具有70-140°角，或者用可转动的硬质合金滚柱，具有70-140°刃磨角。沿切痕线弹性波的作用的实现，例如，在完成制出切痕的过程之后，或仅沿切割线在材料的规定区域内。方法规定，弹性波源的作用线与切痕线在垂直于材料的表面的平面上彼此偏移，以便获得倾斜的切割。在某些情况下，在沿两面相对于切痕线用工具制出切痕之后，在制出切痕的一面同时集中两个弹性波，或者在切痕区域的材料体积中同时集中一个弹性波，作用于一个区域内材料的一个相对的表面，此区域位于由切痕的一面集中的两个弹性波作用区域之间。在本专利技术的第二方案中，为实现本专利技术的目的，提供了一种，包括沿切割线制出切痕以及补充作用在材料的表面上，其特征在于，制出切痕是借助沿切割线用沿着它延伸的激光束加热材料的表面以及局部地冷却加热区，而在材料表面上的补充作用是借助顺序地冷却加热区内切割线上的每一个点实现的，冷却的时间可以与此点的加热时间相等。冷却的持续时间根据材料的厚度、热物理性能和规定深度的切割条件选择。附图说明本专利技术的要点结合附图进行说明，其中图1是借助激光束在材料中形成切痕的示意图；图2是借助激光束和致冷剂形成切痕的示意图；图3是借助两个激光束形成切痕的示意图；图4是借助弹性波加深用刀具制出的切痕的示意图；图5是借助弹性波切痕的穿透加深的示意图；图6是在一个循环中进行不穿透的和穿透的切割和两个穿透的交叉的切割的示意图；图7是相对于材料的表面进行倾斜切割的示意图；图8是两个胶接的平板中一个平板的穿透切割的示意图；图9是穿透切割的示意图，它使用机械的波导器和弹性波的聚能器，位于被切割材料的相对的一面；图10是使用两个激光束和两个弹性波的聚能器的穿透切割的示意图，顶视图；图11是使用两个激光束和两个弹性波的聚能器的穿透切割的示意图，前视图(截面图)；图12是使用三个弹性波的穿透切割的示意图，前视图(截面图)；图13是由切痕一边作用的弹性波的聚能器的示意图；图14是借助延伸的致冷剂的作用进行穿透切割的示意图；图15是借助多级的控制冷却进行控制切割至给定的深度的示意图。具体实施例方式的第一方案的要点如下。当作用在玻璃或其它的脆性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脆性的非金属材料的切割方法，包括借助激光束沿切割线加热材料的表面以制出沿切割线的切痕，以及补充作用在材料的表面上，其特征在于，在材料表面上的补充的作用是在制出切痕区使用至少一个弹性波源实现的，其中弹性波的振幅和频率的选择的条件是加深切痕至规定的深度或得到穿透切割。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔斯捷潘诺维奇孔德拉坚科，
申请(专利权)人：弗拉基米尔斯捷潘诺维奇孔德拉坚科，沃夫法伊斯特尔，
类型：发明
国别省市：RU[俄罗斯]