激光辅助地将子部分从扁平的玻璃元件上分离的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于将子部分(4)从扁平的玻璃元件(2)中沿预定的分离线(21)分离的方法，所述分离线将玻璃元件(2)分为待分离的子部分(4)和待保留的主要部分(3)，其中，在玻璃元件(2)的体积中产生沿分离线的(21)邻近排列的丝状损伤(20)，和损伤(20)由超短脉冲激光器(10)的激光脉冲(12)产生，其中，玻璃元件(2)的材料对于激光脉冲(12)来说是透明的，和激光脉冲(12)在玻璃元件(2)的体积中产生引起丝状损伤(20)的等离子体，和激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)上的入射点(13)在玻璃元件(2)的表面(22)沿分离线(21)移动，和在导入沿分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)后，玻璃元件(2)在主要部分(3)区域中被加热并且发生膨胀和/或在该子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，使得该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离，其中，该子部分(4)和所述主要部分主部(3)各自作为整体保持完整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光辅助地将子部分从扁平的玻璃元件上分离的方法和装置
本专利技术一般涉及一种激光辅助地将一子部分从扁平的玻璃元件上分离。本专利技术特别是涉及一种激光辅助地将一子部分从扁平的玻璃元件的内部分离。
技术介绍
从WO2012/006736A2中已知，高能激光脉冲可以在玻璃基底上造成不可逆的呈丝的形状的损伤，并且玻璃中的这些损伤的邻近排列实现玻璃的分离。丝由超短激光脉冲构成，其中，在玻璃的内部中由于克尔效应发生自聚焦，直到某一点中的能量密度如此高，使得等离子体被点燃。发生等离子体爆炸，其中，玻璃在等离子体产生位置周围遭受不可逆的损害。其他的辐射从那里开始，所述辐射遭受自聚焦并且所述辐射在另一个等离子体爆炸中结束。这种效应根据强度重复多次。能量在整个玻璃厚度上降低，所以第一等离子体斑点具有最大的能量并且也产生最大的损害。DE102012110971A1描述了一种用于对透明工件进行分离准备的方法，在该方法中，横向延伸穿过工件的、邻近排列的丝结构由超短激光脉冲沿分离线产生。由此，材料沿着该分离线被穿孔进而被预损伤。在随后的步骤中实施工件的分离。如果应该将一定的子部分完全从工件上分离，通常材料会由分离线分成两个完全彼此分开的区域。如果材料沿着这样的分离线被丝化之后，在另一步骤中将合适的张力施加到材料上，材料则可能沿着产生的理论断裂线，即沿着分离线这样被分离，使得由此一方面产生分离的子部分和另一方面剩余的主要部分。通常，分离的子部分也可以被称为内部部分，而剩余的主要部分可以被称为外部部分。如果分离线是直线的，那么激光处理之后的分离变得简单。如果分离线是弯曲的，具有多个互成角度的区段，或者甚至构成闭合线，那么相反分离是更困难的。此外，当应该制造内轮廓或孔时，也会出现后一种情况。例如，在窗户应被切割成玻璃板时，出现这种情况。当制造玻璃部件，玻璃部件的外轮廓完全由分离线预定时，同样会出现这种情况。沿着一般弯曲的，区段式地成角度的或者甚至本身闭合的分离线的分离因此是困难的，因为不容易将足够的弯矩施加到分离线处的玻璃上。然而，在文献EP2781296A1中可以得出一种从扁平的基底切出内部轮廓的方法。在那里描述的方法中，在沿着轮廓线(轮廓限定步骤)引入开裂线之后，待从基底分离的子部分被高激光功率热变形或熔化(材料变形或材料损害步骤)，使得该子部分能够更容易地从基底分离。为了辅助分离，可以将其他的、例如螺旋形的或V形的开裂线导入待分离的子部分中，以便将其处理成较小的部分。这种方法的缺点是：一方面是耗费高，所述耗费降低了经济效益，并且另一方面毁坏待分离的子部分，所述待分离的子部分因为它的与基底的剩余的主要部分精确的配合形状可能是令人感兴趣的。此外，毁坏该子部分的缺点是：产生的颗粒和碎片以及因此增加的清洁成本。
技术实现思路
本专利技术的任务在于能够实现高效和清洁地，尤其是无碎片地沿着非直线的分离线将一子部分从扁平的玻璃元件分离，从而不仅分离的子部分而且玻璃元件的剩余的主要部分不会因此被进一步损伤。该任务的一个方面是：能够实现沿着闭合圈形式的分离线将内部的子部分这样分离。该任务的另一方面是：在使不仅在玻璃的分离的子部分中而且在剩余的主要部分中的有害开裂风险最小化的情况下能够实现这样的分离。该任务已经通过独立权利要求的内容得到实现。在相应的从属权利要求中也得出本专利技术的有利的构型和拓展方案。本专利技术的方法用于沿预定的分离线将一子部分从扁平的玻璃元件上分离，所述分离线将玻璃元件分为待分离的子部分和剩余的主要部分，所述方法基于在玻璃元件的体积中产生沿分离线邻近排列的丝状损伤，和所述损伤由超短脉冲激光器的激光脉冲产生，其中，所述玻璃元件的材料对于激光脉冲来说是透明的，激光脉冲在玻璃元件的体积内产生等离子体，所述等离子体引发丝状损伤，和激光脉冲在玻璃元件上的入射点(Auftreffpunkte)在玻璃元件的表面上沿着分离线移动，和在引入沿着分离线邻近排列的丝状损伤之后，玻璃元件在主要部分的区域中被加热并发生膨胀和/或在子部分的区域中被冷却并发生收缩，使得该子部分沿着分离线在邻近排列的丝状损伤处从主要部分子部分上分离，其中，该子部分和主要部分分别作为整体保持完整。由于主要部分的膨胀和/或该子部分的收缩，这些部分的尺寸相对彼此不同地改变。在该子部分冷却的情况下，例如发生该子部分相对于主要部分的“收缩”。由于相对的尺寸变化，该子部分从主要部分上分离。优选设置为，在引入沿着分离线邻近排列的丝状损伤后，激光辐射(优选二氧化碳激光器)在玻璃元件上的入射点在玻璃元件的表面上沿分离线移动，使得沿着分离线将在玻璃中产生局部拉应力，以便在相邻的丝状损伤之间引起开裂。这种方法步骤也称为切割步骤。该切割的方法步骤也可以通过加热后实施的局部冷却来促进，以便增加材料中产生的拉应力。切割步骤用于预分离。优选用CO2激光器沿分离线对玻璃元件进行照射，以便在分离线处在玻璃元件中产生热机械应力。由此可以沿分离线产生使丝状损伤连接的开裂，以便由此引起沿分离线的至少区段式地分离，但是通常情况下该子部分不会从主要部分上脱离。在这方面，切割步骤优选在主要部分的区域中加热和/或在该子部分的区域中冷却的方法步骤之前进行。无论是丝状结构本身还是通过切割步骤在材料中引起的附加的裂纹都代表在材料中沿着分离线延伸的预损伤。根据本专利技术考虑的是，主要部分和该子部分分别作为整体保持完整。主要部分和该子部分分别作为整体保持完整的优点在于，两个部分可以被继续利用。根据使用分离方法的目的，兴趣点可以侧重于主要部分或该子部分，也可以侧重于两部分。如果兴趣点主要是主要部分，那么保留子部分也是有益的，因为可以产生较少的残留物和碎片，并且该子部分又可以用作原始材料，而不必将其熔化。如果两部分都有兴趣，那么可以产生两部分的精确互补的形状的优点。另外，与待分离的子部分被分成多个更小块的方法相比，该方法的加工复杂性显著降低。本专利技术使用的精确分离方法通过超短脉冲激光器的激光脉冲在材料中在最小的空间上产生限定的损害，这种方法基于材料的在用激光相互作用区域中的局部损害，所述局部损害产生紧密的亚微米中空通道，即中空通道的直径小于1微米。由激光脉冲造成的丝状损伤的长度优选不低于200微米，甚至不低于500微米。因此要选择合适的脉冲能量和脉冲持续时间。丝状损伤的给定的最小尺寸是有利的，因为因此使该子部分的分离变得容易。对于产生较长的丝状损伤而言，超短脉冲激光器在所谓的连发脉冲模式中的运行是特别有利的。在这种运行模式中，激光脉冲不是作为单脉冲发出，而是作为快速连续发出的脉冲，所述脉冲一起构成脉冲包，即所谓的连发脉冲。相应地在本专利技术的一个改进方案中，超短脉冲激光器的运行设置成在时间上连续地发出呈连发脉冲或脉冲包形式的激光脉冲的形式，其中，优选这些连发脉冲中的每一个分别产生丝状损伤中的一个。这样的脉冲包一般具有比通常的单脉冲运行中的单脉冲稍微大的能量。但是连发脉冲的脉冲自身包含显著小于单脉冲的能量。此外典型的是，脉冲的脉冲能量在一个连发脉冲之内会降低。根据本专利技术的合适的激光源为具有1064纳米的波长的掺钕钇铝石榴石激光器。激光源尤其是如下重复频率(重复率，Repetitionsrate)工作，所述重复频率在10kHz和120kHz之间，优选在30kH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沿着预定分离线(21)将子部分(4)从扁平的玻璃元件(2)分离的方法，所述分离线将所述玻璃元件(2)分为待分离的子部分(4)和剩余的主要部分(3)，其中，‑丝状损伤(20)在所述玻璃元件(2)的体积中沿所述分离线(21)邻近排列地产生，和‑所述损伤(20)由超短脉冲激光器(10)的激光脉冲(12)产生，其中，所述玻璃元件(2)的材料对于所述激光脉冲(12)来说是透明的，和‑所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)的体积中产生引起丝状损伤(20)的等离子体，和‑所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)上的入射点(13)在所述玻璃元件的表面(22)上沿所述分离线(21)移动，和‑在引入沿所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)后，所述玻璃元件(2)在主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀和/或在该子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，使得该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离，其中，所述子部分(4)和所述主要部分(3)各自作为整体保持完整。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.15 DE 102015111490.91.一种用于沿着预定分离线(21)将子部分(4)从扁平的玻璃元件(2)分离的方法，所述分离线将所述玻璃元件(2)分为待分离的子部分(4)和剩余的主要部分(3)，其中，-丝状损伤(20)在所述玻璃元件(2)的体积中沿所述分离线(21)邻近排列地产生，和-所述损伤(20)由超短脉冲激光器(10)的激光脉冲(12)产生，其中，所述玻璃元件(2)的材料对于所述激光脉冲(12)来说是透明的，和-所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)的体积中产生引起丝状损伤(20)的等离子体，和-所述激光脉冲(12)在所述玻璃元件(2)上的入射点(13)在所述玻璃元件的表面(22)上沿所述分离线(21)移动，和-在引入沿所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤(20)后，所述玻璃元件(2)在主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀和/或在该子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，使得该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离，其中，所述子部分(4)和所述主要部分(3)各自作为整体保持完整。2.根据该前述权利要求的方法，其中，在引入沿所述分离线(21)邻近排列的丝状损伤之后，激光辐射、优选二氧化碳激光器在所述玻璃元件(2)上的入射点在所述玻璃元件的表面(22)上沿着所述分离线(21)移动，以便沿着所述分离线(21)在所述玻璃中产生局部拉应力，以便在相邻的丝状损伤之间引起开裂的形成。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)在所述主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀，和/或在所述子部分(4)的区域中被冷却并且发生收缩，由此在所述主要部分的平均温度和该子部分的平均温度之间产生温差，所述温差为至少150摄氏度，优选至少200摄氏度，特别优选至少300摄氏度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)在所述主要部分(3)的区域中被加热并且发生膨胀，和在该子部分(4)沿着所述分离线(21)在邻近排列的丝状损伤(20)处从所述主要部分(3)上脱离后，所述主要部分(3)通过利用已经进行的加热被热钢化。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的材料的热膨胀系数大于3×10-6K-1，优选大于4×10-6K-1，特别优选大于7×10-6K-1。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述玻璃元件(2)的厚度(23)为至少2毫米，优选至少3毫米，特别优选至少4毫米，更优选至少5毫米。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从扁平的玻璃元件(2)分离的所述子部分(4)沿第一横向维度(6)具有至少5毫米，优选至少10毫米，特别优选至少20毫米的最小尺寸(41)，和所述子部分沿着与第一横向维度正交的第二横向维度(7)具有至少5毫米，优选至少10毫米，特别优选至少20毫米的最小尺寸(42)。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该子部分(4)在扁平的玻璃元件(2)的平面中的最小尺寸L、所述主要部分的平均温度与该子部分的平均温度之间产生的以开尔文为单位的温差ΔT、所述玻璃元件(2)的材料的热膨胀系数α以及该子部分的边缘面的平均粗糙度R应满足不等式：L·ΔT·α>R，该子部分与所述主要部分在所述边缘面处分离。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扁平的玻璃元件(2)由所述分离线(21)如下地划分，使得所述主要部分(3)在所述扁平的玻璃元件(2)的平面中呈现如下的二维形状，所述二维形状在数学拓扑意义上不是星形的。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扁平的玻璃元件(2)由分离线(21)如下地划分，使得所述主要部分(3)在所述扁平的玻璃元件(2)的平面中完全地包围该子部分(4)。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·瓦格纳，A·奥特纳，A·赛德尔，FT·雷特斯，J·盖尔巴恩，S·施密特，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE