硬脆材料的激光鉆孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，尤其涉及硬脆材料的激光鉆孔方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)對(duì)玻璃、硅片、水晶、藍(lán)寶石、透明陶瓷等硬脆材料的鉆孔，多為機(jī)械式鉆孔，但此鉆孔方式存在一定的缺陷，容易使得材料崩裂，如采用鉆頭在玻璃上進(jìn)行鉆孔，通常采用金剛石鉆頭并施以壓力冷卻水進(jìn)行鉆孔，但是在鉆頭刃口施加的鉆進(jìn)壓力和冷卻水的沖擊力的作用下，在即將鉆穿時(shí)產(chǎn)生崩裂性貫穿，在玻璃背面產(chǎn)生較大的崩邊；同時(shí)受限于鉆頭尺寸的大小，很難在玻璃上鉆出孔徑小于Imm的微孔。
[0003]隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光加工玻璃技術(shù)逐步成為市場(chǎng)的主流技術(shù)。激光鉆孔工藝方法有兩種，一種是傳統(tǒng)的正面燒蝕材料去除的工藝，從材料的上方向下鉆孔，但這種方法會(huì)產(chǎn)生加大的錐度，而且加工出的上下表面質(zhì)量較差；另一種是采用背刻蝕的加工工藝方式，激光透過材料的上方(正面)，從材料的下方(背面)向上鉆孔，此方法可以解決加工時(shí)產(chǎn)生錐度的問題，但此現(xiàn)行的此工藝多采用納秒激光器作為光源，納秒激光的熱作用不僅對(duì)玻璃影響很大，而且在玻璃切穿時(shí)候會(huì)形成較大的熱沖擊造成明顯的崩邊，需要后續(xù)CNC磨邊工藝，造成生產(chǎn)效率低，不太適合生產(chǎn)線的量產(chǎn)。
[0004]如果采用超快激光可以減小熱作用對(duì)玻璃形成的沖擊，但采用正面燒蝕工藝鉆孔同樣會(huì)產(chǎn)生較大錐度的問題；如若采用背刻蝕的加工方法時(shí)，雖然理論上避免較大錐度問題，但超快激光器的單脈峰值功率過高，作用在材料上表面的能量很容易達(dá)到材料的破壞閾值，材料上表面破壞后表面的吸收率急劇增加，造成背刻蝕加工中斷，而發(fā)生正面燒蝕刻蝕，最終也會(huì)產(chǎn)生較大錐度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種硬脆材料的激光鉆孔方法，以解決現(xiàn)有鉆孔對(duì)材料熱影響嚴(yán)重及產(chǎn)生錐度的問題。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種硬脆材料的激光鉆孔方法，利用超快激光采用背蝕的方式進(jìn)行鉆孔，其中激光聚焦的透鏡的焦距< 80mm，激光聚焦前的入射光直徑^ 4mm0
[0007]進(jìn)一步地，所述超快激光為皮秒紅外激光或皮秒綠激光或飛秒紅外激光。
[0008]進(jìn)一步地，所述硬脆材料的厚度為0.5mm時(shí)，入射直徑等于10mm，焦距為60mm，激光在硬脆材料的加工出的能量密度為2J/cm2。
[0009]進(jìn)一步地，用于激光聚焦的透鏡為遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡。
[0010]進(jìn)一步地，激光鉆孔的同時(shí)，采用集塵裝置從硬脆材料的下方收集殘?jiān)驈U氣。
[0011]本發(fā)明提供了一種硬脆材料的激光鉆孔方法，通過短焦深的超快激光加工硬脆材料，不僅避免了熱效應(yīng)對(duì)材料的影響，同時(shí)防止材料的正面吸收大量的能量產(chǎn)生正面燒蝕，實(shí)現(xiàn)了小錐度的通孔加工。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光鉆孔示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的所鉆通孔的正面效果圖；
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的所鉆通孔的背面效果圖；
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的所鉆通孔的剖面效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種硬脆材料的激光鉆孔方法，利用超快激光采用背蝕的方式進(jìn)行鉆孔，其中用于超快激光聚焦的透鏡的焦距< 80mm，激光聚焦前的入射光直徑多4mm，實(shí)現(xiàn)短焦深的激光鉆孔。
[0019]其中，超快激光由超快激光器10發(fā)出，所述超快激光經(jīng)過擴(kuò)束裝置20擴(kuò)束后，入射到聚焦系統(tǒng)30上，經(jīng)過聚焦系統(tǒng)30聚焦后的超快激光對(duì)所述硬脆材料40進(jìn)行鉆孔，在鉆孔的同時(shí)，采用集塵裝置(圖未示)從硬脆材料40的下方收集殘?jiān)驈U氣。
[0020]進(jìn)一步地，所述超快激光為皮秒紅外激光或皮秒綠激光或飛秒紅外激光。所述超快激光脈沖通過多光子離子化燒蝕材料，只有很少的熱量傳遞到鄰近的材料中，降低了熱效應(yīng)對(duì)硬脆材料的影響，提高了所鉆通孔的表面的光滑度和通孔的加工精度。
[0021]進(jìn)一步地，本實(shí)施例采用短焦距和小光斑的激光來鉆孔，使得激光焦點(diǎn)的焦深較短，當(dāng)激光聚焦在所述硬脆材料的底部時(shí)，其上表面未處于焦點(diǎn)的焦深范圍內(nèi)，避免了所述硬脆材料的上表面(正面)在底部(背面)鉆孔的同時(shí)吸收大量的能量，而產(chǎn)生正面的燒蝕，從而使得所鉆通孔產(chǎn)生大的錐度缺陷。
[0022]具體的，當(dāng)所述硬脆材料為康寧玻璃，其厚度為0.5mm，要求待鉆的通孔的孔徑為500um時(shí)，所述超快激光入射到聚焦系統(tǒng)30的入射光直徑等于10mm，所述聚焦系統(tǒng)30的焦距為60mm，超快激光在硬脆材料的加工處的能量密度為2J/cm2。采用背面燒蝕的加工方式，通過逐漸提升焦點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)鉆孔，如圖2、3、4所示，本實(shí)施例的所鉆通孔的正面、背面、剖面效果顯示，所述通孔的上下表面的崩邊均小于15um，且所述通孔沒有錐度，壁面光滑。
[0023]進(jìn)一步地，所述聚焦系統(tǒng)30的聚焦透鏡為遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡。
[0024]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硬脆材料的激光鉆孔方法，其特征在于，利用超快激光采用背蝕的方式進(jìn)行鉆孔，其中激光聚焦的透鏡的焦距< 80mm，激光聚焦前的入射光直徑多4mm。
2.如權(quán)利要求1所述的激光鉆孔方法，其特征在于，所述超快激光為皮秒紅外激光或皮秒綠激光或飛秒紅外激光。
3.如權(quán)利要求1所述的激光鉆孔方法，其特征在于，所述硬脆材料的厚度為0.5mm時(shí)，所述入射光直徑等于10mm，所述焦距為60mm，激光在硬脆材料的加工出的能量密度為2J/2cm ο
4.如權(quán)利要求1所述的激光鉆孔方法，其特征在于，用于激光聚焦的透鏡為遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的激光鉆孔方法，其特征在于，激光鉆孔的同時(shí)，采用集塵裝置從硬脆材料的下方收集殘?jiān)驈U氣。
【專利摘要】本發(fā)明適用于激光鉆孔領(lǐng)域，提供了一種硬脆材料的激光鉆孔方法，利用超快激光采用背蝕的方式進(jìn)行鉆孔，其中激光聚焦的透鏡的焦距≤80mm，激光聚焦前的入射光直徑≥4mm，本發(fā)明實(shí)施例提供的激光鉆孔方法，通過短焦深的超快激光加工硬脆材料，不僅避免了熱效應(yīng)對(duì)材料的影響，同時(shí)防止材料的正面吸收大量的能量產(chǎn)生正面燒蝕，實(shí)現(xiàn)了小錐度和光滑壁面的通孔加工。
【IPC分類】B23K26-362, B23K26-382
【公開號(hào)】CN104741799
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510190280
【發(fā)明人】苑學(xué)瑞, 盧建剛, 尹建剛, 高昆, 唐建剛, 高云峰
【申請(qǐng)人】大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日