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简述激光雕刻加工的玻璃工艺


    一种新技术使利用封离式CO2激光器直接在玻璃上打出轮廓鲜明的高质量的标记成为可能,这是一种可以取代昂贵的固体激光器和传统玻璃激光雕刻工艺的技术(25W CO2激光器即可满足大多数在玻璃上激光雕刻的要求)。CO2激光器通过破坏玻璃表面在玻璃上激光雕刻,因而在玻璃上出现一定数量的裂纹是允许的,但过量的裂纹会导致标记不清晰、材料强度潜在变弱,更严重的是使基片变得疏松。在激光雕刻过程中精确控制材料的裂纹量就能避免这些问题。 
    有三种方法可用于控制玻璃表面上产生的裂纹类型和数量:第一种方法是采用多次激光辐射;第二种方法是采用离散点形成环状裂纹;第三种方法是产生龟裂状表面裂纹。采用一次激光辐射可在玻璃上产生一种轮廓鲜明的可见标记,但是裂纹和应力图案的方向将向垂直于激光移动的方向扩展。标记打印后短时间内甚至几天后,这些垂直于激光移动方向的裂纹将形成新的裂纹,扩展到原标记外附近区域形成碎片,从而影响标记的清晰度。利用多次激光辐射,使与标记区域相邻的区域通过热传导被加热,从而使这些区域形成应力梯度,减少二次破裂的可能性。采用这种方法在钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃上激光雕刻十分有效。一次激光辐射在熔成氧化硅玻璃和石英玻璃上激光雕刻比较有效,因为这两种材料膨胀系数很低。 
    第二种方法是利用一系列环状裂纹形成文字、条形码、方块或矩形码以及其他形状码图案。玻璃通过加热和冷却循环产生低密度环状裂纹。玻璃加热时产生膨胀挤压周围材料,当温度升高到玻璃软化点温度时,玻璃快速膨胀形成一个低密度材料的凸出玻璃表面的圆顶。加热后玻璃收缩到初始表面位置,但是这个弛豫时间正是整个低密度形成的时间,使其无法恢复到软化温度之前的起始位置。 
    采用三种不同的标记方法用CO2激光器在玻璃上激光雕刻,即多次激光通过;离散点形成环状裂纹和产生龟裂状的表面裂纹。 
    由于光斑能量呈高斯分布,因此光斑中心处的温度较高。当这个高温区回到接近起始位置时,在这个区域形成环状裂纹的中心。在低密度形成区和标准密度区之间的接合处形成稳定的环状裂纹。这种方法适合于在普通光学材料和回火玻璃、化学增强玻璃或者普通钠钙浮法玻璃上激光雕刻。 
    第三种方法也是采用同样的加热和冷却过程,都是使某一特定体积的玻璃表面发生变化。但是第三种方法所用光斑的尺寸比较大,在两种密度区域接合处的界线没有环状裂纹方法那样分明。这种方法产生的标记不是立即就能看得见的,要求稍微加压之后才开始沿激光标记区域产生格状裂纹。用所产生的无碎片龟裂状条纹填充图案形成文字、图形和各种码。因为这种方法要求纯质表面,所以用高质量的汽车玻璃能激光雕刻出清晰的标记。

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