一种切割脆性材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种切割脆性材料的方法。一种切割脆性材料的方法，包括下列步骤：对脆性材料制成的基板预设切割路径；沿所述切割路径，用激光在所述基板上加工出一系列呈离散型分布的空隙，所述空隙为通孔或盲孔或密度弱化区域；沿所述空隙的阵列扩展所述基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。本发明专利技术与现有技术相比，显著降低了碎裂和微裂缝的数量及尺寸，提高了切割的精度和质量。

A method for cutting brittle materials

The present invention provides a method for cutting brittle materials. A method for cutting brittle material, which comprises the following steps: cutting path default on the substrate of brittle material made; along the cutting path on the substrate by laser processing is a series of discrete distribution gap, the gap for the through holes or blind holes or density weakening region; crack propagation along the array the gap of the substrate, and the material separation, obtain the required work. Compared with the existing technology, the invention significantly reduces the number and size of the fragmentation and micro cracks, and improves the precision and quality of the cutting.

【技术实现步骤摘要】
一种切割脆性材料的方法
本专利技术涉及材料加工领域，具体而言，涉及一种切割脆性材料的方法。
技术介绍
脆性材料是指受拉力或冲击时容易破碎的材料，也指在外力作用下仅产生很小的变形即破坏断裂的材料。目前，脆性材料在电子设备领域应用非常广泛。而在电子设备的制造过程中，为满足工业设计要求，需要从脆性材料制成的基板中切割出所需的3D形状的工件，其中"切割"工艺直接影响工件的精度和质量。传统技术中主要采用机械装置(线锯、数控(CNC)、磨床)强力切割脆性材料，其主要技术问题是：会导致较差的线生产力，即当机械力作用在基板上时，断裂、碎裂或破裂现象严重。采用激光加工系统可以减少断裂、碎裂现象，但是由于工序设计不合理，仍然无法实现高质量的切割。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种切割脆性材料的方法，所述的切割方法与现有技术相比，显著降低了碎裂和微裂缝的数量及其尺寸，提高了切割的精度和质量。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种切割脆性材料的方法，包括下列步骤：对脆性材料制成的基板预设切割路径；所述切割路径为能限定工件的形状的路径或者其它能去除废料而不影响所需工件的路径；沿所述切割路径，用激光在所述基板上加工出一系列呈离散型分布的空隙，所述空隙为通孔或盲孔或密度弱化区域；沿所述空隙的阵列扩展所述基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。上述切割方法与现有技术的最大区别在于将激光切割分为两步进行，首先是采用激光沿切割路径加工出一系列呈离散型分布的空隙，导致切割方向材料的密度低于非切割方向上材料的密度，因此切割方向上的材料断裂强度低于其它区域，即切割方向上的材料强度较弱，从而在第二步受到外力冲击(即扩展裂缝)时优先断裂，随之导致非切割方向上的材料碎裂和微裂缝的数量和尺寸降低。由此可见，本专利技术主要是通过弱化切割方向上的材料减少断裂及微裂缝的数量及其尺寸，以提高脆性材料的切割精度和质量。以切割未增强的铝硅酸盐玻璃为例，本专利技术可以达到的效果是：碎裂<50μm，微裂缝<10μm，弯曲强度>100MPa，以及有效的进给速率>20mm/s。本专利技术所述的空隙是指广义上的空隙，既可以是宏观空间存在的通孔或盲孔；也可以是密度上处于最低水平的区域，即该空隙两侧的材料密度都高于空隙处的材料密度。实际生产中主要根据材料的脆性程度选择空隙的类型。理论而言，本专利技术的切割方法适用于所有类型的脆性材料，其中以玻璃、蓝宝石、陶瓷的切割效果为较佳，以未增强的硅酸盐玻璃为最佳。本专利技术所述的离散型分布是相对于"连续分布"而言，本专利技术对分布是否具有规律性并不作限制。本专利技术所述的切割路径即为按照最终工件的形状所设计的切割路线，优选路线最短的切割路径。上述切割方法还可以进一步改进，以适宜不同的领域或者达到更加的效果：优选地，所述脆性材料为增强型玻璃时，所述空隙为盲孔。增强型玻璃的强度较大，空隙加工难度大，并且加工空隙时可能会有断裂或微裂缝现象，因此，将空隙设计为盲孔，可以适当避免以上问题，并且所述基板上设有所述切割路径的表面均设有所述盲孔时，效果最佳。相较而言，所述脆性材料为非增强型玻璃或、蓝宝石晶体或多晶陶瓷时，所述空隙为通孔。这样既不存在非增强型玻璃加工时的不利现象，又可以降低后续扩展裂缝的难度。本专利技术所述的非增强型玻璃或、蓝宝石晶体或多晶陶瓷均指本领域技术人员所常规理解的类型。优选地，所述脆性材料为玻璃时，所述空隙为柱形的通孔或盲孔。空隙的形状对切割效率及质量有重要影响，对于玻璃而言，柱形的空隙加工效率和质量都较高。当然若不考虑此因素，就可以采用任意单一形状或多种形状的组合，例如堆叠球体或者锥形等。优选地，所述离散型分布为：在所述切割路线上的相同轮廓线上的所述空隙等间距分布；在所述切割路线上的直线部分的所述空隙的分布密度小于在所述切割路线上的曲线部分的所述空隙的分布密度。优选地，所述离散型分布为：在每条切割路线上，所述空隙等间距分布。等间距分布时，扩展裂缝后更容易得到质量均一的工件。优选地，用激光加工所述空隙时，激光的入射角为80°-100°。80°-100°的入射角切割精准度更高。优选地，加工所述空隙时所用的激光为：脉冲宽度在30ps以下，脉冲在1μJ以上，重复率在10khz以上，波长为红外、绿色或紫外，脉冲模式为单脉冲或突发模式。该激光属于超短脉冲激光，更容易将能量聚焦在基板的顶部表面或底部表面形成空隙，且可控性强，能够调节以得到不同形状及不同分布类型的空隙。优选地，所述扩展的方法为：声震动、机械力、静电力或激光。以上方式都可以实现扩展裂缝的目的，只是成本和操作难度不同。一般而言，若空隙的分布密度较大时采用力度小的外力即可，例如机械力，若分布密度较小时采用力度大的外力，例如声震动、静电力或激光。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)较少了脆性材料切割时的结构缺陷，主要是降低了产生的碎裂和微裂缝的数量和尺寸；(2)提高脆性材料的切割效率；(3)降低了切割成本：由于加工空隙时消耗的能量小于现有一步激光切割所耗的能量，而第二步又可以采用力度较小的能量扩展裂缝，因此本专利技术从整体上减少了激光的能耗，随之降低了成本。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1切割未增强型硅酸盐玻璃：第一步：预设切割路径；第二步：沿所述切割路径，用以下激光在基板上加工出一系列呈等间距(指每条切割路线上等间距)分布的空隙，所述空隙为柱形的通孔，通孔贯穿基板的厚度；激光：脉冲宽度30ps，脉冲1μJ，重复率10khz，红外，平均入射角90°，单脉冲；第三步：采用真空机械设备，沿所述空隙的阵列扩展基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。工件质量：碎裂<50μm，微裂缝<10μm，弯曲强度>100MPa，有效的进给速率>20mm/s。实施例2切割未增强型蓝宝石：第一步：预设切割路径；第二步：沿所述切割路径，用以下激光在基板上加工出一系列呈等间距(指每条切割路线上等间距)分布的空隙，所述空隙为柱形的通孔，通孔贯穿基板的厚度；激光：脉冲宽度30ps，脉冲1μJ，重复率10khz，红外，平均入射角90°，单脉冲；第三步：采用真空机械设备，沿所述空隙的阵列扩展基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。工件质量：碎裂<47μm，微裂缝<8μm，弯曲强度>100MPa，有效的进给速率>20mm/s。实施例3切割增强型硅酸盐玻璃：第一步：预设切割路径；第二步：沿所述切割路径，用以下激光在基板上加工出一系列呈等间距(指每条切割路线上等间距)分布的空隙，所述空隙为柱形的盲孔，基板的顶表面和底表面具有分布；激光：脉冲宽度30ps，脉冲1μJ，重复率10khz，红外，平均入射角90°，单脉冲；第三步：采用真空机械设备，沿所述空隙的阵列扩展基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。工件质量：碎裂<40μm，微裂缝<10μm，弯曲强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切割脆性材料的方法，其特征在于，包括下列步骤：对脆性材料制成的基板预设切割路径；所述切割路径为能限定工件的形状的路径或者其它能去除废料而不影响所需工件的路径；沿所述切割路径，用激光在所述基板上加工出一系列呈离散型分布的空隙，所述空隙为通孔或盲孔或密度弱化区域；以及沿所述空隙的阵列扩展所述基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。

【技术特征摘要】
1.一种切割脆性材料的方法，其特征在于，包括下列步骤：对脆性材料制成的基板预设切割路径；所述切割路径为能限定工件的形状的路径或者其它能去除废料而不影响所需工件的路径；沿所述切割路径，用激光在所述基板上加工出一系列呈离散型分布的空隙，所述空隙为通孔或盲孔或密度弱化区域；以及沿所述空隙的阵列扩展所述基板上的裂缝，直至材料分离，即得所需的工件。2.根据权利要求1所述的切割脆性材料的方法，其特征在于，所述脆性材料为玻璃、蓝宝石或陶瓷。3.根据权利要求2所述的切割脆性材料的方法，其特征在于，所述脆性材料为未增强的硅酸盐玻璃、蓝宝石晶体或多晶陶瓷。4.根据权利要求1所述的切割脆性材料的方法，其特征在于，所述脆性材料为增强型玻璃时，所述空隙为盲孔。5.根据权利要求1所述的切割脆性材料的方法，其特征在于，所述脆性材料为非增强型玻璃、蓝宝石晶体或多晶陶瓷时，所述空隙为通孔。6.根据权利要求1所述的切割脆性材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：施瑞，洪觉慧，
申请(专利权)人：南京魔迪多维数码科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32