[发明专利]用于使用多种气体介质激光切割蓝宝石的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利合作条约专利申请要求于2014年1月30日提交的名称为“System and Method for Laser Cutting Sapphire Using Multiple Gas Media”的美国非临时性专利申请14/168,285的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开的主题整体涉及制造蓝宝石部件，并且具体地涉及使用激光器和多于一种气体介质来切割蓝宝石基材并生产蓝宝石部件。蓝宝石部件可被用作便携式电子设备的保护盖。

背景技术

金刚砂是氧化铝的结晶形式并且被发现具有各种颜色，其大多数通常被称为蓝宝石。蓝宝石是硬且结实的材料，具有9.0莫氏硬度的硬度，并且因此，能够划伤几乎所有其他材料。因为其硬度和强度，蓝宝石可以是其他半透明材料如玻璃或聚碳酸酯的有吸引力的替代。然而，由于其易碎性质，由于部件的表面或者边缘的小缺陷，蓝宝石易受明显的强度降低。通常期望最小化在制造期间可能发生的小缺陷以生产耐用且持久的蓝宝石部件。

制造接近无缺陷的蓝宝石部件可存在独特的挑战。由于部件的表面或边缘上的缺陷群体，易碎材料诸如蓝宝石的强度受到限制。不一致或不充分的表面或边缘抛光可导致微裂纹的增长并导致弱化的部件。常规的半透明材料如硅酸盐玻璃能够被化学强化到显著深度以最小化这些缺陷的影响，但是对于极硬的材料诸如蓝宝石，类似的工艺不容易可用。另外，当实施常规的加工技术时，蓝宝石的硬度使得切割和抛光该材料既困难又费时。另外，当用于蓝宝石时，常规的加工工具诸如切割器经受相对快速的磨损。在对蓝宝石部件进行表面抛光时这进一步增加了资源需求。

总之，需要一种用于生产在部件的边缘和表面上具有最小微缺陷的蓝宝石部件以得到随着时间的改善的强度和可靠性的系统和方法。还需要一种用于以快速、可重复的方式在蓝宝石部件上产生高质量边缘切割同时使用有效量的资源的系统和方法。

发明内容

一个示例性实施方案涉及制造蓝宝石部件的方法。获取蓝宝石基材用于执行激光切割操作。蓝宝石基材被沿切割轮廓使用激光器和第一气体介质切割。第一气体介质基本上由惰性气体组成。然后在切割轮廓处或者切割轮廓附近使用激光器和第二气体介质照射蓝宝石基材。第二气体介质与第一气体介质不同并且包括至少15体积％的氧气。蓝宝石部件最终与蓝宝石基材分开。在一些实施方案中，惰性气体是氮气。在一些情况下，第一气体介质包括至少99体积％的惰性气体。

在一些实施方案中，使用激光器对蓝宝石基材执行最终切割。最终切割可导致蓝宝石部件与蓝宝石基材分开，或者另选地，最终切割可将附加材料从蓝宝石部件移除。在一些情况下，在已使用第二气体介质照射蓝宝石基材之后执行最终切割。在其他情况下，在已使用第二气体介质照射蓝宝石基材之前执行最终切割。

在一些实施方案中，以比用于使用第一气体介质切割蓝宝石基材的切割激光功率小的照射激光功率执行使用第二气体介质的照射。在一些情况下，切割激光功率小于950瓦，并且照射激光功率比切割激光功率小至少500瓦。

在一些实施方案中，使用比用于使用第一气体介质切割蓝宝石基材的切割激光功率大的最终切割激光功率来执行最终切割。

在一个示例性实施方案中，沿切割轮廓切割蓝宝石基材包括(1)使用激光器沿切割轮廓熔化蓝宝石基材的一部分，以及(2)通过在蓝宝石基材的已熔化的一部分上鼓吹第一气体介质流来沿切割轮廓移除蓝宝石基材的一部分。

在一个示例性实施方案中，沿切割轮廓照射蓝宝石基材包括(1)使用激光器沿切割轮廓加热蓝宝石基材的一部分，以及(2)将蓝宝石基材的被加热的一部分浸没在第二气体介质中。

在一个实施方案中，蓝宝石部件可作为保护盖安装在便携式电子设备上。在一些情况下，便携式电子设备是以下各项中的任一者：移动电话、便携式媒体播放器、可穿戴设备或者平板计算设备。