[发明专利]玻璃表面盲孔加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光在玻璃板表面加工球面盲孔的方法。

背景技术

玻璃在工业生产和日常生活中应用非常广泛。由于玻璃的硬脆特性，长期以来，在玻璃上加工表面光洁度高的盲孔，一直是一个难题，而高光洁度、低粗糙度是光学元件的基本要求。盲孔加工是制备微凹透镜阵列的技术前提，同时，盲孔在微流道方面应用极为广泛，一个质量优越的盲孔，对于微流道的质量来说至关重要。利用飞秒、皮秒激光等可以在玻璃上加工微纳米尺度的盲孔，但是在加工大尺寸盲孔方面，利用飞秒和皮秒效率低，而且很难形成球面，同时飞秒和皮秒激光器难以维护，价格昂贵。如果利用CO₂激光在玻璃表面直接加工，则会产生难以控制的裂纹，影响加工质量。

发明内容

针对以上内容，有必要提出一种效率高、成本低、效果好的玻璃盲孔加工方法。

玻璃表面盲孔加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将厚度小于1.5mm的钠钙玻璃放置于待加工玻璃上方，排除钠钙玻璃与待加工玻璃之间的空气；

（2）利用波长为10.6μm的CO₂激光离焦20mm辐照上层玻璃，辐照时间10~15s，功率25~45W；

（3）辐照完成后5秒内将上层玻璃去除，完成加工。

将薄钠钙玻璃放置于待加工玻璃上表面，具体可以通过两块玻璃之间摩擦排除之间空气，使其紧密粘接。

本发明可以在玻璃上进行球面盲孔加工，本发明中，盲孔加工所使用的装置包括激光控制系统、激光器、工作台。

本发明的工作原理是：当激光辐照上层玻璃时，玻璃受热形变，在辐照光斑范围附近呈现中间厚四周薄的近似凸透镜的形状，这个形状对离焦激光产生了自聚焦作用，再次经过聚焦的激光作用于下层待加工玻璃材料上，对材料进行辐照升温，使其在被辐照的局部升温到流动性比较强的软化状态。辐照接收后，在其冷却到软化点温度之前，将上层玻璃去掉，下层软化的材料也将随之去除，完成球面盲孔的加工。过程中，上层玻璃除激光辐照区域外，周围部分也有一定温升，因为其厚度比较小，所以热量可以传达到下面的待加工玻璃材料上，相当于对待加工材料进行了预热，使得热应力场梯度削弱，避免盲孔周围部分破裂。

本发明可实现在玻璃基板上加工球面盲孔，表面粗糙度与原始玻璃表面粗糙度相近，为20~90nm，盲孔四周无裂纹，盲孔底面为球面，盲孔尺寸在2~8mm可控。

本发明的特点是：

1.利用薄钠钙玻璃作为辅助层，对下层玻璃进行加工。

2.CO₂连续激光用来对上层玻璃材料进行辐照，属于非接触加工。

3.盲孔底面为近似球面，粗糙度与加工之前玻璃表面相近。

4.加工时间短，为10s~15s。

附图说明

图1 本发明所使用的激光加工系统的结构示意图

图中：1，CO₂激光器，2，聚焦镜，3，反射镜，4，加工平台

加工平台可以上下运动，以控制离焦距离。

图2 玻璃表面盲孔加工原理示意图

图中：5，离焦CO₂激光光束，6，辐照过程中，上层玻璃产生的透镜效果示意图，7，上层钠钙玻璃，8，待加工玻璃

图3 玻璃表面球面盲孔实物图

具体实施方式

本发明可以在玻璃上加工底面为球面的盲孔，本发明中，加工所使用的装置包括激光器、加工平台、反射镜、聚焦镜。

其步骤包括：

（1）将薄钠钙玻璃置于待加工玻璃上方，排除两块玻璃之间空气，使其紧密接触。

（2）开启激光器，离焦辐照上层玻璃。

（3）辐照结束后，在5秒内将两块玻璃分离，完成盲孔加工。

所述的薄钠钙玻璃是指厚度在1.5mm以下的普通钠钙玻璃。

所述激光器是指波长为10.6μm的CO₂激光器。

所述的离焦辐照是指，将玻璃放置在激光焦点以下20~30mm处，激光功率为25~45W，激光辐照时间为10~15S，随着激光辐照时间增加，盲孔深度0.7mm增加到2.7mm。随着激光功率的增加，盲孔直径2mm~8mm。

首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明选用厚度为1.1mm的普通钠钙玻璃作为上层玻璃；选用超白玻璃作为待加工玻璃。利用CO₂激光对玻璃进行加工。

本实例按以下方法进行：将1.1mm后钠钙玻璃和超白玻璃清洗干净，玻璃表面保持湿润，以便更好的粘和在一起，将钠钙玻璃置于超白玻璃上方，轻轻摩擦，排除之间空气。将两块玻璃整体置于加工平台上；调整平台位置，使上层玻璃上表面到激光焦点位置的距离为25mm。设置激光功率为30W，辐照时间为11S，开启激光，开始辐照。辐照完成后5秒内将上层钠钙玻璃与超白玻璃分开，在超白玻璃表面得到底面为球面的盲孔，实物图如3所示，加工完成。