[发明专利]一种非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法

说明书

本发明公开了一种非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：(1)在待加工材料的上表面施加一层透明液体；(2)将一透明平板覆盖在透明液体层上；(3)排除透明平板与待加工材料之间的气泡，形成的待加工组件自下而上依次为待加工材料层、透明液体层、透明平板；(4)将待加工组件放置在激光加工工作台上进行加工，激光束透过透明平板和透明液体层，聚焦至待加工材料层的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对待加工材料的打孔或切割。本发明实现了非平滑表面透明硬脆材料由下而上的激光加工方式，可以降低加工材料的温度，抑制激光加工中产生的粉尘向工件上方的扩散，明显减少对周边环境的空气污染。

技术领域

本发明涉及一种激光加工方法，具体涉及一种对透明硬脆材料的激光加工方法。

背景技术

激光加工，如激光打孔、激光切割等是透明硬脆材料加工的一种重要技术，它是通过控制激光束聚焦在玻璃的下表面，沿预设切割路线加工出切割槽，随加工槽深度增加，焦点随之上升，最终切穿玻璃，形成所需的特定形状（例如形成槽、小孔、切割面等）。此种方法环保，消耗低，对加工产品表面无接触，因此无论从加工成本、对环境的影响、以及加工品质，激光加工都是最优选择。与通常加工方向从上往下的方法相比，这种由下向上的激光加工能够避免粉尘对入射激光的影响，提高能量耦合效率，且加工出的孔、槽锥度小等。

但是这种方法对材料上表面的平整度及透光性有较高要求，如果材料上表面有花纹、凹坑等微结构，激光照射在上表面时发生散射、衍射、或不同方向的折射后，光束在材料内的传播出现弥散现象，无法在下表面聚焦，有效能量密度将严重下降，以致无法实现加工。因此对于如压花玻璃、磨砂玻璃、磨砂石英等表面凹凸不平的硬脆透明材料，将不能通过上述由下向上方式进行激光加工。

现有技术中，液体辅助加工通常用于散热。例如，中国发明专利申请CN106735871A公开了一种液体辅助激光加工方法，包括如下步骤：激光器发射激光束，所述激光束被引导到扫描系统中；所述激光束被扫描系统改变路径并聚焦后与液体耦合；所述激光束与液体耦合后进入喷嘴，与液体一同从喷嘴射出至待加工工件上。该方案中，液体的辅助加工用于对加工位置的散热，并且其只能用于自上向下式的加工，不能用于自下向上式的加工。目前，并没有液体辅助加工用于自下向上式的激光加工的报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法，使得由下向上方式的激光加工可以用于上表面为非平滑表面(具有表面微结构)的透明硬脆材料的加工。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种非平滑表面透明硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：

(1)在待加工材料的上表面施加一层透明液体，所述透明液体的折射率与待加工材料的折射率的差值不大于0.45；

(2)将一透明平板覆盖在透明液体层上；

(3)排除透明平板与待加工材料之间的气泡，形成的待加工组件自下而上依次为待加工材料层、透明液体层、透明平板；

(4) 将待加工组件放置在激光加工工作台上进行加工，激光束透过透明平板和透明液体层，聚焦至待加工材料层的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对待加工材料的打孔或切割。

上述技术方案中，利用与被加工材料折射率相近的透明液体填平材料上表面凹凸槽，从而阻止或降低由表面散射引起的光束弥散，改善激光光线进入材料内部后传播方向上的差异，使激光穿过样品表面后仍然能够适当聚焦，焦点或焦点邻近处的光强度仍能达到材料损伤或破坏阈值以上，实现具备表面微结构的透明硬脆材料的激光加工。

优选的技术方案，步骤(1)中，透明液体的施加方法为喷涂。

优选的技术方案，步骤(1)中，所述透明液体的折射率与待加工材料的折射率的差值不大于不大于0.3。