專利名稱：一種光纖激光切割陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖激光切割陶瓷領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖激光切割方法。
背景技術(shù)：
激光切割工藝是采用激光束照射到陶瓷表面時釋放的能量來使陶瓷熔化并蒸發(fā)的，通過聚焦設(shè)備，使激光束集中在很小的區(qū)域，能量高度集中對切割部分進(jìn)行迅速局部加熱，使材料蒸發(fā)，隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫，切邊受熱影響很小，且激光束對材料不施加任何力，為非接觸性加工，所以激光加工的陶瓷具有變形小或沒有變形的優(yōu)點，在當(dāng)前的激光切割陶瓷行業(yè)中，大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的二氧化碳激光切割陶瓷技術(shù)，激光源一般采用二氧化碳高功率激光束，由于其高效的切割速度以及基本平整的切割斷面，目前也是陶瓷分板加工的主流工藝。然而，二氧化碳激光切割對于一些更高要求的陶瓷切割加工具有
以下缺點:成本較高、效率低、切割邊緣參差不齊，例如電路單元外形的直線切割就無法適用，用二氧化碳高功率激光切割的陶瓷基板邊緣存在郵票邊緣般的凹凸，起伏范圍較大，為了在保證激光切割陶瓷基板的高效的同時，減少類似郵票邊緣，有人提出了使用光纖激光來切割陶瓷的方法，通常來說，要提高材料的切割速度，采用的做法是提高工件表面的切割壓力，而要提高工件表面的切割壓力就要提高噴嘴的供氣壓力，任何噴嘴，如果噴出的氣流壓力和周圍環(huán)境的氣流壓力之比大于1.89時，那么噴嘴噴出的氣流就是未充分膨脹的超音速氣流，氣流突然膨脹會產(chǎn)生激波，激波的存在將會導(dǎo)致切割速度、切縫寬度、切割性能和切割穩(wěn)定性受到很大影響。同時由于陶瓷本身材料特性的問題，對激光的吸收效率不夠高，會出現(xiàn)斷光現(xiàn)象，無法一次性切割陶瓷，效率不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是:針對當(dāng)前光纖激光切割陶瓷技術(shù)不夠成熟，切割的速度、性能、穩(wěn)定性不能滿足需要的問題，提供一種新的切割方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種光纖激光切割陶瓷的方法，包括以下步驟:
51、調(diào)試設(shè)備，設(shè)定激光的頻率、脈寬、速度和聚焦高度等參數(shù)；
52、裝上切割噴嘴；
53、裝夾托盤冶具在切割臺面上，找好相對位置；
54、將陶瓷基片放置在托盤冶具上，固定住；
55、開始切割；
所述的步驟SI中激光的頻率設(shè)置范圍為5-15kHz，脈寬的設(shè)置范圍為10-50ms，速度的設(shè)置范圍為8-80mm/s，聚焦高度的設(shè)置范圍為18000_23000st?。?br> 所述的步驟S2中的噴嘴在接觸面上有若干個導(dǎo)氣孔；
所述的步驟S4中的陶瓷基片需要涂自制的吸收劑，晾干后放到托盤冶具上。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，所述激光的頻率為10kHz，脈寬為28ms，速度為50mm/S，聚焦高度為20000st印。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的噴嘴包括噴嘴主體、氣流通道和噴氣口，在接觸面上有四個導(dǎo)氣孔和十字凹槽。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的吸收劑由油性材料和丙酮按照一定的比例配比。本發(fā)明的有益效果是，由于采用激光進(jìn)行切割，不會對陶瓷產(chǎn)生加工應(yīng)力，切割面圓滑平整，切割效率大大提高，在切割過程中，本發(fā)明設(shè)計的噴嘴的氣體流場中不存在激波，噴嘴出口氣流均勻，邊界整齊，同時出口氣流不會有力作用在工件上，在實際的切割過程中，切割速度得到明顯地提高，切割質(zhì)量也明顯地改善，如切口斷面的粗糙度小、切縫下邊緣的掛渣很少等；在同樣的激光功率和供氣壓力下，新型噴嘴比傳統(tǒng)噴嘴所切的板厚也增加；噴嘴和被切工件之間的距離發(fā)生了變化，切割性能也比較穩(wěn)定；新型噴嘴在噴嘴和工件距離是無限的接近但不接觸，同時也能切割得很好，而傳統(tǒng)噴嘴在切割時噴嘴和工件之間的距離必須小于Imm;在使用自制的吸收劑后陶瓷的吸光效果很好，不再出現(xiàn)斷光現(xiàn)象，激光切割陶瓷能夠一次性完成，而這種吸收劑本身還具有環(huán)保、易凃、易清洗等優(yōu)點，在切割完成后陶瓷可以直接放在酒精里清洗，不會改變陶瓷本身的特性，也不會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，外觀同未涂吸收劑的陶瓷一樣。


圖1是光纖切割陶瓷方法的流程 圖2是噴嘴與切割頭連接的示意 圖3是噴嘴的接觸面意 圖4是噴嘴的結(jié)構(gòu)示意 圖中:1、氣流通道；2、切割頭；3、噴嘴主體；4、導(dǎo)氣孔；5、切割平臺；6、噴氣孔；7、十字凹槽；8、接觸面。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。實施例1，一種光纖激光切割陶瓷的方法，，參見附圖1-4，包括以下步驟:
51、調(diào)試設(shè)備，設(shè)定激光的頻率、脈寬、速度和聚焦高度等參數(shù)，激光的頻率為IOkHz，脈寬為28ms，速度為50mm/s，聚焦高度為20000st印，此處st印為激光切割設(shè)備調(diào)整聚焦高度時參數(shù)數(shù)據(jù)庫里的標(biāo)準(zhǔn)單位；
52、裝上切割噴嘴，噴嘴和激光設(shè)備的切割頭2通過螺紋連接，這種噴嘴與傳統(tǒng)的噴嘴并不相同，是重新設(shè)計的，噴嘴由銅材料加工而成，包括噴嘴主體3、氣流通道I和噴氣孔6，噴嘴、噴氣孔6和導(dǎo)氣孔4都是圓形的，所述噴嘴的接觸面8上有4個導(dǎo)氣孔4和十字凹槽7,噴氣孔6直徑為0.8mm,導(dǎo)氣孔4直徑為0.6mm,這種切割噴嘴利用文氏管原理，就是使氣體在文氏管出口的后側(cè)形成一個“真空”區(qū)，能使陶瓷基片無限的與噴嘴接進(jìn)，使切割的陶瓷基片不會受吹力，在實際操作中，噴嘴的氣體流場中不存在激波，噴嘴出口氣流均勻，邊界整齊，同時出口氣流不會有力作用在工件上，在實際的切割過程中，切割速度得到明顯地提高，切割質(zhì)量也明顯地改善，如切口斷面的粗糙度小、切縫下邊緣的掛渣很少等；在同樣的激光功率和供氣壓力下，新型噴嘴比傳統(tǒng)噴嘴所切的板厚也增加；噴嘴和被切工件之間的距離發(fā)生了變化，切割性能也比較穩(wěn)定；新型噴嘴在噴嘴和工件距離是無限的接近但不接觸，同時也能切割得很好，而傳統(tǒng)噴嘴在切割時噴嘴和工件之間的距離必須大于Imm ； 53、裝夾托盤冶具在切割臺面5上，找好相對位置； 54、將陶瓷基片放置在托盤冶具上，固定住，陶瓷基片在放置到托盤冶具之前，需要涂上自制的吸收劑，由于陶瓷對激光設(shè)備發(fā)射出來的激光不能完全吸收，所以我們要借助特殊的表面處理，來幫助陶瓷吸收激光，從而可以連續(xù)切穿陶瓷，我們找到了一種特殊材料——表面涂黑處理吸光劑，所述的吸收劑由油性材料和丙酮配比而成，油性材料和丙酮的體積比為1:525，稀釋后攪拌均勻即可，油性材料由色素、色素助劑、穩(wěn)定劑、抗蝕劑、潤濕劑和防腐劑配比而成，色素采用鞣酸鐵和沒食子酸鐵，色素助劑采用深藍(lán)染料，穩(wěn)定劑采用草酸溶液，抗蝕劑采用樹脂型固化聚合物，潤濕劑采用丙三醇，防腐劑采用五氯酚鈉藥劑，所述的色素占油性材料的質(zhì)量百分比為16.7%，色素助劑占油性材料的質(zhì)量百分比為16.7%，穩(wěn)定劑占油性材料的質(zhì)量百分比為16.7%，抗蝕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為16.7%，潤濕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為16.7%，防腐劑占油性材料的質(zhì)量百分比為16.5%，加在容器中攪拌均勻即可得到油性材料，這種吸光劑特點是環(huán)保，易涂，容易清洗等，涂好的陶瓷可以直接放在切割機(jī)上加工，吸收激光效果很好，沒有斷光現(xiàn)象，切完我們直接放置在酒精液體里清洗可去除，不會改變陶瓷本身的特性，也不會有腐蝕現(xiàn)象，外觀和沒有做涂黑處理的一樣，沒有什么污染； 55、開始切割。
實施例2:其與實施例1的不同之處在于， 步驟SI中激光的頻率為5kHz，脈寬為10ms，速度為8mm/s，聚焦高度為18000st印； 步驟S2中噴氣孔6直徑為0.7mm,導(dǎo)氣孔4直徑為0.5mm ； 步驟S4中油性材料和丙酮的體積比為1:500，所述的色素占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，色素助劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，穩(wěn)定劑占油性材料的質(zhì)量百分比為30%，抗蝕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為30%，潤濕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，防腐劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%。
實施例3:其與實施例1的不同之處在于， 步驟SI中激光的頻率為15kHz，脈寬為50ms，速度為80mm/s，聚焦高度為18000st??； 步驟S2中噴氣孔6直徑為1mm，導(dǎo)氣孔4直徑為0.8mm ； 步驟S4中油性材料和丙酮的體積比為1:550，所述的色素占油性材料的質(zhì)量百分比為30%，色素助劑占油性材料的質(zhì)量百分比為30%，穩(wěn)定劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，抗蝕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，潤濕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，防腐劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%。
實施例4:其與實施例1的不同之處在于， 步驟SI中激光的頻率為12kHz，脈寬為20ms，速度為60mm/s，聚焦高度為21000st??； 步驟S2中噴氣孔6直徑為0.9mm,導(dǎo)氣孔4直徑為0.7mm ； 步驟S4中油性材料和丙酮的體積比為1:530，所述的色素占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，色素助劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，穩(wěn)定劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，抗蝕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為10%，潤濕劑占油性材料的質(zhì)量百分比為30%，防腐劑占油性材料的質(zhì)量百分比為30%。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“ 一個實施例”、“ 一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種光纖激光切割陶瓷的方法，包括以下步驟: 51、調(diào)試設(shè)備，設(shè)定激光的頻率、脈寬、速度和聚焦高度等參數(shù)； 52、裝上切割噴嘴； 53、裝夾托盤冶具在切割臺面上，找好相對位置； 54、將陶瓷基片放置在托盤冶具上，固定??； 55、開始切割； 其特征在于， 所述的步驟SI中激光的頻率設(shè)置范圍為5-15kHz，脈寬的設(shè)置范圍為10-50ms，速度的設(shè)置范圍為8-80mm/s，聚焦高度的設(shè)置范圍為18000_23000st印； 所述的步驟S2中的噴嘴在接觸面上有若干個導(dǎo)氣孔； 所述的步驟S4中的陶瓷基片需要涂自制的吸收劑，晾干后放到托盤冶具上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光的頻率為10kHz，脈寬為28ms，速度為50mm/s,聚焦高度為20000step。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的噴嘴包括噴嘴主體、氣流通道和噴氣口，在接觸面上有四個導(dǎo)氣孔和十字凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收劑由油性材料和丙酮按照1:525的體積比配比而成。
全文摘要
一種光纖激光切割陶瓷的方法，包括以下步驟S1、調(diào)試設(shè)備，設(shè)定激光的頻率、脈寬、速度和聚焦高度等參數(shù)；S2、裝上切割噴嘴；S3、裝夾托盤冶具在切割臺面上，找好相對位置；S4、將陶瓷基片放置在托盤冶具上，固定??；S5、開始切割，其特征在于，所述的步驟S1中激光的頻率設(shè)置范圍為5-15kHz，脈寬的設(shè)置范圍為10-50ms，速度的設(shè)置范圍為8-80mm/s，聚焦高度的設(shè)置范圍為18000-23000step；所述的步驟S2中的噴嘴在接觸面上有若干個導(dǎo)氣孔；所述的步驟S4中的陶瓷基片需要涂自制的吸收劑，晾干后放到托盤冶具上。
文檔編號B23K26/14GK103170751SQ201310134800
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者王華杰, 王榮 申請人:蘇州光韻達(dá)光電科技有限公司