技术领域

[0001] 本发明涉及一种化学盐覆层辅助激光正面刻蚀 无机透明材料的加工方法， 属于 特种加工的应用领域。

背景技术

[0002] 无机透明材料包括人造蓝宝石玻璃、 石英晶体、 石英玻璃、 钠钙玻璃等等， 该 类无机透明材料由于具有良好的化学稳定性、 硬度高、 电阻大、 对各波段的光 透射率高等优异的物化属性， 故成为民用、 军用领域的重要材料。 随着科技的 不断发展， 对无机透明材料的加工精度提出了越来越高的 要求， 但无机透明材 料的硬脆特性使得该类材料加工困难， 用传统的加工方法普遍存在精确控制性 差、 去蚀率相对较低、 刀具磨损严重等缺点。

[0003] [0003] 相对于传统加工技术， 激光刻蚀技术具有无接触、 无切削力、 热 影响小、 效率高、 清洁、 易于实现自动化控制等优点。 如今， 激光技术没能在 无机透明材料加工领域中得到普遍的应用， 主要是因为该类材料的高透光性和 高硬脆性， 虽然超短脉冲激光器能够实现直接刻蚀无机透 明材料， 但其成本昂 贵， 另一方面， 由于无机透明材料对普通固体激光器发出的激 光束吸收率低下 ， 无法实现直接刻蚀， 故提出一种新的方法利用廉价的普通固体激光 器加工无 机透明材料十分必要。

技术问题

[0004] 本发明通过在无机透明材料上表面涂覆一层黑 色墨水并覆盖一层化学盐覆层， 使得绝大部分激光束能量能够在无机透明材料 的上表面被吸收， 且化学盐覆层 在激光的照射下发生化学反应放出热量作用于 无机透明材料上表面， 当无机透 明材料上表面的温度达到该材料的熔化温度吋 ， 实现无机透明材料上表面被去 技术解决方案

[0005] 本发明所述一种化学盐覆层辅助激光正面刻蚀 无机透明材料的加工方法， 该方 法包括：

[0006] [0006] ( 1) 在无机透明材料片表面制作一层化学盐覆层；

[0007] [0007] (2) 在激光器工作台上装夹好无机透明材料片， 并确定激光系统 工艺参数；

[0008] [0008] (3) 确定激光扫描路径和扫描速度， 让激光束按照扫描路径进行 刻蚀加工。

[0009] [0009]

在本发明中， 激光的电流强度为 170~210A， 激光脉冲宽度为 0.6~1.0ms， 距离无 机透明材料片上表面的离焦量为 lmm~2mm,脉冲重复频率在 40~50HZ， 激光扫描 速度为 0.6~1.5mm/s。

[0010] [0010] 在本发明中， 激光扫描路径为正六方形型。

[0011] [0011] 在本发明中， 激光幵始加工的过程中， 要通辅助气体空气， 主要 是为了及吋吹除刻蚀过程中产生的熔澄， 从而避免熔澄影响加工效果。

[0012] [0012] 在本发明中， 在无机透明材料片上表面涂一层黑色墨水是为 了辅 助吸收激光能量， 避免激光直接从无机透明材料中透射过去。

[0013] [0013] 工作原理：

[0014] [0014] ( 1) 去除熔澄的机理： 通过在无机透明材料片上涂覆一层黑色墨 水并制作一层化学盐覆层吸收激光束绝大部分 的能量并传递到无机透明材料上 表面， 避免了激光束直接透过无机透明材料， 且在激光的照射下化学盐会发生 放热化学反应从而放出热量辅助激光刻蚀， 在激光束加热和化学反应放热的双 重作用下， 无机透明材料上表面的温度达到无机透明材料 的熔化温度， 最终实 现无机透明材料上表面的被直接刻蚀。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明具有的有益效果：

[0016] [0016] ( 1) 在无机透明材料片上表面涂覆一层黑色墨水并 制作一层化学 盐覆层可大大提高激光束能量在无机透明材料 片上表面的吸收率， 且在激光的 照射下化学盐会发生放热化学反应从而放热辅 助激光刻蚀， 实现了激光束在无 机透明材料片上表面进行直接刻蚀；

[0017] [0017] (2) 实现激光从上表面进行直接刻蚀， 方便了通过气体及吋吹除 刻蚀过程中产生的熔澄， 使得刻蚀表面更加清洁；

[0018] [0018] (3) 激光的高能量能够实现快速刻蚀材料， 得到所需的清洁、 高 精度凹槽。

对附图的简要说明

附图说明

[0019] 图 1为本发明加工方法原理图。

[0020] 【附图符号说明】 1.辅助气体空气； 2.激光束； 3.化学盐覆层 4.黑色墨水涂层

； 5.无机透明材料片试样； 6.激光加工平台。

[0021] [0020] 图 2为本发明实施一种化学盐覆层辅助激光正面� �蚀无机透明材料 的加工方法流程图。

[0022] [0021] 图 3为本发明实施的激光扫描路径为环型路径。

[0023] 【附图符号说明】 1、 扫描路径幵始点； 2、 扫描路径结束点。

本发明的实施方式

[0024] 为了使本发明的技术方案能够更加清晰地表示 出来， 下面结合附图， 选择合理 的激光系统工艺参数， 对本发明作进一步说明。

[0025] [0023] 请参阅图 2， 一种化学盐覆层辅助激光正面刻蚀无机透明材 料的加 工方法， 包括：

[0026] [0024] ( 1) 在无机透明材料片表面制作一层化学盐覆层：

[0027] [0025] 无机透明材料片尺寸为 20 x 30 x 2mm， 首先在无机透明材料片上 表面涂一层黑色墨水， 然后利用化学盐粉末在无机透明材料片上表面 制作一层 厚度为 0.5mm至 1.2mm的致密化学盐覆层。

[0028] [0026] (2) 在激光器工作台上装夹好无机透明材料片， 并确定激光系统 工艺参数： [0029] [0027] 将无机透明材料片固定在工作台的夹具上， 使得激光加工部位在 无机透明材料片的中心位置， 正常启动空气幵关和激光器幵光， 激光器为 500W 的 Nd ³⁺

： YAG激光器， 把激光脉冲宽度调为 0.6~1.0ms， 激光的电流强度为 170~210A， 距离无机透明材料片上表面的离焦量为 lmm~2mm,脉冲重复频率在 40~50HZ， 激 光扫描速度为 0.6~1.5mm/s;

[0030] [0028] (3) 确定激光扫描路径和扫描速度：

[0031] [0029] 选择激光刻蚀的扫描速度为 lmm/s , 扫描路径为正六方形， 如图 3 所示正六方形路径具体为： 激光从外向内扫描， 外围正六方形扫描结束回到起 点后横向进给一个行间距进行扫描加工， 如此重复进行， 直至扫描结束激光停 止；

[0032] [0030] 加工过程结束。

[0033] [0031] 通过上述步骤可以实现利用普通脉冲固体激光 器在无机透明材料 片上表面刻蚀凹槽， 在无机透明材料片上表面涂覆一层黑色墨水并 覆盖一层化 学盐覆层辅助吸收激光束能量， 且通过化学盐在激光照射下发生化学反应放热 辅助激光刻蚀， 提高了刻蚀的速率以及无机透明材料片的刻蚀 表面加工质量。

[0034] [0032] 以上所述仅表达了本发明的一种实施方式， 其表述比较详细， 但 是不可以理解为对本发明专利范围的限制， 需要说明的是， 对于本领域的普通 技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以作任何形式的修改， 因 此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准 。