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人造蓝宝石玻璃是一种优秀多功能材料,具有硬度高,熔点高,透光率高,电绝缘性优异,热传导性良好,化学性能稳定等特点,因此被广泛应用于工业、国防、科研等领域[1]。当苹果公司将蓝宝石玻璃首次应用于手机行业,蓝宝石玻璃给手机玻璃行业带来很大的变化。由于其被广泛应用于光学器件与手机保护玻璃,所以对其边缘质量要求非常高[2]。传统机械加工方式具有非常低的良品率且加工效率较低,并且目前较常用的激光加工方式已经无法满足新提出的切割工艺要求。因此,探求一种新的蓝宝石玻璃材料激光切割工艺非常重要。 切割工艺参照量为崩边大小与数量,热影响区大小,挂渣大小与数量,这些参考量都不易于统计与描述。本研究基于激光切割与烧蚀同属于激光能量去除材料的本质,以激光能量利用率与激光作用后的材料表面粗糙度为参照量,以激光参数中的能量密度与理论光斑耦合率为自变量,对蓝宝石玻璃进行烧蚀实验。选取烧蚀实验中平均能量利用率高和表面粗糙度低的激光参数,将得到的激光参数应用烧蚀激光切割实验,为切割实验做出指导。将切割蓝宝石材料实验系统化。 本文在满足相应的质量指标的前提下,以提高切割效率为目标,通过激光烧蚀实验,对激光功率参数与脉冲耦合率参数进行优化,得到的激光参数进行烧蚀切割实验,总结如下: (1)首次提出了激光烧蚀切割的实验思想。利用烧蚀与切割本质同为材料去除,对材料进行烧蚀处理。将传统的切割效果评估(崩边大小与数量)量化为烧蚀处理材料实验中平均能量刻蚀深度与粗糙度。最后通过烧蚀切割实验验证了该方法的正确性。 (2)发现了一种快速、简便测量材料单波长吸收率与反射率的方法,得出该方法的计算公式,并指出其适用范围,测量得到蓝宝石玻璃材料波长355nm紫外与532nm绿光的吸收率与反射率,与实际值相吻合较好。 (3)说明参照量(平均能量烧蚀深度与粗糙度)的选取意义,并依据实验现象,建立模型说明粗糙度对激光切割的影响,将具有一定粗糙度的材料理论化为具有一定折射率与吸收率的材料层,使用近轴光线传输矩阵推导出激光加工过程中材料折射率变化导致的焦点的变化公式,并指出该公式在激光部分加工中具有重要的意义。 (4)给出烧蚀实验中了不同能量密度、不同光斑耦合率烧蚀蓝宝石玻璃的粗糙度与平均能量利用率的趋势描述。 (5)烧蚀切割实验后得出结论,用532nm绿光烧蚀切割实验参数(10倍扩束,14.9W,300mm/s点距6um)可以有效切割蓝宝石玻璃材料,并且工艺效果优良;指出使用355nm紫外烧蚀切割实验参数(八倍扩束、4.2W、500mm/s点距10um)同样可以进行有效切割材料,就工艺效果而言,紫外的加工效果较绿光更加优良。