用于切割薄玻璃层的方法技术

本发明专利技术涉及用于切割具有第一表面（Ⅰ）和第二表面（Ⅱ）的玻璃层（1）的方法，所述方法至少包括：a）沿着切割线（L）移动第一激光束（2），所述第一激光束（2）由脉冲激光器产生，其中在第一表面（Ⅰ）和第二表面（Ⅱ）之间在玻璃层（1）的内部中产生材料改性（5）；b）沿着切割线（L）移动第二激光束（3），其中通过激光辐射加热所述玻璃层（1）；c）沿着切割线（L）使玻璃层（1）冷却，其中所述玻璃层（1）沿着切割线（L）折断。

Method for cutting thin glass layer

The invention relates to a method for cutting with a first surface (I) and (II) the second surface of the glass layer (1) method, the method comprising at least: a) along the cutting line (L) movement of the first laser beam (2), the first laser beam (2) generated by pulse laser, which in the first the surface of (I) and (II) between the second surface of the glass layer (1) modified materials produced in the internal (5); b) along the cutting line (L) mobile second laser beam (3), which radiated by laser heating of the glass layer (1); C (L) along the cutting line) the glass layer (1) cooling, wherein the glass layer (1) along the cutting line break (L).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于切割薄玻璃层的方法、适用于此的设备和利用本方法所切割的玻璃层的应用。
技术介绍
薄玻璃层典型地被理解为具有直至大约1.5mm厚度的玻璃层，超薄玻璃层被理解为具有直至大约0.3mm厚度的玻璃层。但是，超薄玻璃层也可以具有低于0.1mm的厚度。超薄玻璃层尤其在电子设备中被使用，例如作为显示器的覆盖物。所述超薄玻璃层除了小的重量外尤其以其高的薄膜式柔性突出。超薄玻璃层因此尤其被用在柔性构件中，例如在柔性薄层太阳能电池、OLED元件中或者用于具有电可切换（elektrischschaltbar）特性的薄膜式有源玻璃化元件。其它应用情况例如是医疗设备和传感器。然而，薄的和超薄的玻璃层也可以在窗玻璃化物的领域中被使用，尤其作为复合片材的组成部分。如果在车辆领域中使用这样的复合片材，那么可以减少车辆重量，这例如可以导致动力燃料或者电池容量的节省。对用于薄的和超薄的玻璃层的处理方法存在需求，所述玻璃层在其处理技术特性方面与较厚的玻璃片材不同，使得传统机械玻璃切割方法经常不适用。这特别地适用于超薄玻璃层，其中所述分切可能导致具有微裂缝和其它损伤的粗糙切边，并且如在较厚的玻璃片材的情况下常见的事后边缘处理由于小的厚度是不可能的。激光切割方法导致较好的结果并且所述激光切割方法已应用于薄的和超薄的玻璃层，诸如在WO2012/067042A1和WO2013/050166A1中。US2013/0126573A1公开一种用于切割玻璃层的方法。通过利用聚焦于玻璃层的内部上的脉冲激光器以小于100ps的脉冲持续时间照射玻璃层，以期望的切割线形式产生额定断裂处。激光辐射导致玻璃层的微结构的内部改性（Modifikationen）（所谓的纤丝（Filamente）），所述改性沿着切割线布置，并且使所述结构衰弱，由此额定断裂处被构造。玻璃层的实际折断随后通过机械压力来进行。因为通过机械压力使玻璃折断通常必须以手工方式进行，所以所述折断很难集成到工业大量生产过程中。此外，因为不能任意精细地（filigran）构成为了施加压力所使用的工具，所以给切割线的最大曲率设置极限。如果应当从大的片材冲裁不同的较小片材，但是为了避免太多的材料边角料，那么小的曲率半径和在相邻冲裁模（Schnittmuster）的切割线之间小的间隔是必要的。在超薄玻璃的情况下，这些困难特别地由于随小的玻璃厚度而出现的脆性发生。因此，以下玻璃分离过程是值得期望的：所述玻璃分离过程没有与玻璃的直接机械接触也行。WO2014/075995A2公开另一种用于切割玻璃层的方法，其中额定断裂处以所谓的纤丝的形式被产生。为了避免随纤丝化（Filamentierung）而出现的不期望的玻璃层损害，建议在低OH离子保护气氛中执行所述方法。US2015/0034613A1公开另一种用于切割玻璃层的方法。额定断裂处这里也通过纤丝化通过聚焦在玻璃层之外的激光来制造。玻璃层的实际折断可以通过利用另一激光器照射进行。但是所述方法尤其不能应用于超薄玻璃，因为利用第二激光器强烈加热导致在超薄玻璃层处弯曲。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供用于切割薄的或者超薄的玻璃层的改善的方法和适用于此的设备。所述方法应当导致尽可能光滑的切边，具有玻璃损害的小风险并且能够实现具有强曲率的切割线。本专利技术的任务按照本专利技术通过按照独立权利要求1所述的用于切割玻璃层的方法来解决。优选的实施由从属权利要求得知。玻璃层具有第一表面和第二表面以及环绕的侧边。用于切割玻璃层的按照本专利技术的方法至少包括以下方法步骤：a)沿着切割线移动第一激光束，所述第一激光束由脉冲激光器产生，其中在第一表面和第二表面之间的玻璃层的内部中产生材料改性；b)沿着切割线移动第二激光束，其中所述玻璃层通过激光辐射来加热；和c)沿着切割线将玻璃层冷却，其中玻璃层沿着切割线折断。按照本专利技术的方法的优点在于，切割在没有机械处理步骤（如通过机械压力折断）的情况下被执行。由此，玻璃层以爱护性（schonende）的方式被割开，使得不具有干扰性损伤的光滑切边形成。该方法也良好地适用于自动化处理。玻璃层的冷却在玻璃中产生足够的应力，并且同时防止通过第二激光束引起的太强烈的发热，使得即使在超薄玻璃层的情况下也可以有效地防止不期望的玻璃变形。因为为了将玻璃折断不必利用适当的工具施加机械压力，所以可以实现所切割的玻璃层的非常小的曲率半径。已经表明，低于2mm的曲率半径可以毫无问题地被制造，这在机械断裂的情况下不能可靠地实现。切割线也可以以仅仅小的互相间隔来实现。如果应当从大面积的玻璃层切割出子区域，那么这以仅仅低的材料损耗（边角料）是可能的。按照本专利技术所切割的玻璃边缘具有（按照本领域技术人员已知的标准化四点弯曲测试）处于大约100MPa至200MPa的范围中、例如大约120MPa的边缘强度（Kantenfestigkeit），并且因此在其稳定性方面与如在较厚的玻璃片材情况下常见的常规以机械方式磨削的边缘可比。后处理步骤、如边缘的磨削，因此不是必要的，由此过程成本（Prozesskosten）和玻璃断裂风险被降低。在一种有利的实施方式中，所切割的玻璃层的外形（Kontur）具有小于2mm的曲率半径。在另一有利的扩展方案中，不同的切割线的间隔小于5mm。利用机械断裂方法不能实现这样的值。要切割的玻璃层有利地具有小于或等于1.5mm的厚度（薄玻璃）。具有这样的厚度的玻璃层能够通过按照本专利技术的方法毫无问题地被切割。在一种优选的实施中，玻璃层具有小于或等于0.3mm（超薄玻璃）、例如0.03mm至0.3mm或者0.05mm至0.15mm、特别优选地小于或等于0.1mm的厚度。在这样小的厚度情况下，本方法的优点特别起作用。具有玻璃的机械处理步骤、尤其机械折断的方法在超薄玻璃的情况下导致不干净的断裂边缘，在不具有随后冷却的情况下具有激光切割的方法尤其在超薄玻璃层的情况下导致变形。玻璃层可以以热或者化学方式被预加应力、部分预加应力或者不被预加应力。在一种优选的实施中，玻璃层不被预加应力。尤其在这样的玻璃层的情况下，不必要通过加热和冷却产生应力来导致断裂。在按照本专利技术的方法中，首先利用脉冲激光器在玻璃层中产生内部材料改性。这些材料改性已知为所谓的纤丝。各个纤丝沿着切割线排成行并且优选地互相间隔。这涉及纤丝产生机制，专利技术人认为，由于非线性克尔效应（Kerr-Effekt）出现激光束的自聚焦，由此实现较高的功率密度。通过所述高的功率密度，由于多光子电离、场致电离、电子撞击电离而形成纤丝。如此产生的电子等离子体又导致散焦作为对自聚焦的平衡（Gegengewicht）。为了产生纤丝在激光辐射穿透玻璃层的情况下聚焦和散焦的相互影响导致，每个纤丝结构具有一系列交替式聚焦和散焦部位，其沿着激光束的射束方向、优选地与玻璃层的表面垂直地延伸。对于所设想的机制的详细化讨论应参照US2013/0126573A1、尤其段落[0043]至[0048]，此外参照W.Watanabe:\FemtosecondFilamentaryModificationsinBulkPolymerMaterials\(LaserPhysics,Feb2009,Vol.19,No.2,第342-345页)，F.本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于切割具有第一表面（Ⅰ）和第二表面（Ⅱ）的玻璃层（1）的方法，所述方法至少包括：a）沿着切割线（L）移动第一激光束（2），所述第一激光束（2）由脉冲激光器产生，其中在所述第一表面（Ⅰ）和所述第二表面（Ⅱ）之间在所述玻璃层（1）的内部中产生材料改性（5）；b）沿着所述切割线（L）移动第二激光束（3），其中通过激光辐射加热所述玻璃层（1）；c）沿着所述切割线（L）使所述玻璃层（1）冷却，其中所述玻璃层（1）沿着所述切割线（L）折断。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.10 EP 15180376.41.用于切割具有第一表面（Ⅰ）和第二表面（Ⅱ）的玻璃层（1）的方法，所述方法至少包括：a）沿着切割线（L）移动第一激光束（2），所述第一激光束（2）由脉冲激光器产生，其中在所述第一表面（Ⅰ）和所述第二表面（Ⅱ）之间在所述玻璃层（1）的内部中产生材料改性（5）；b）沿着所述切割线（L）移动第二激光束（3），其中通过激光辐射加热所述玻璃层（1）；c）沿着所述切割线（L）使所述玻璃层（1）冷却，其中所述玻璃层（1）沿着所述切割线（L）折断。2.按照权利要求1所述的方法，其中通过所述第一激光束（2）产生的所述材料改性（5）包括密度被提高的局部区域，所述局部区域优选地通过所述激光辐射的自聚焦形成。3.按照权利要求1或2所述的方法，其中所述第一激光束（2）的焦点被定位在所述第一表面（Ⅰ）和所述第二表面（Ⅱ）之间。4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中所述玻璃层（1）具有小于或等于1.5mm、优选地小于或等于0.3mm、特别优选地小于或等于0.1mm的厚度。5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其中所述第一激光束（2）由脉冲激光器以小于100ps、优选地小于10ps、特别优选地小于1ps的脉冲长度产生。6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其中所述第一激光束（2）具有300nm至800nm、优选地300nm至500nm的波长。7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其中沿着所述切割线（L）相邻的材料改性（5）具有小于100μm、优选地小于20μm的间隔。8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其中每个材料改性（5）由脉冲串产生，其中相继脉冲的脉冲能量减少，并且其中所述脉冲能量优选地为4μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：J伯克，叶丽雅，
申请(专利权)人：法国圣戈班玻璃厂，
类型：发明
国别省市：法国;FR