產(chǎn)品介紹產(chǎn)品實拍
 
常精確的曲線圖案。事實上，我們所做的實驗也證明了無論直線或是曲線，激光切
割都能連續(xù)地、精確地完成設(shè)定圖案，重復(fù)性可達
+50
μ
m
。所以激光可以進行曲
線和三維圖形的精確切割?；涖懠す庑袠I(yè)應(yīng)用解決方案應(yīng)用
 
 
長遠來說，激光引致的分離技術(shù)將在許多玻璃的切割應(yīng)用取代機械法。近期，
激光切割已在下述的三個應(yīng)用領(lǐng)域顯示強大的技術(shù)優(yōu)勢，它們是：
CRTS
，平板顯
示，以及汽車的風(fēng)擋玻璃等的切割等。
 
 
 
有些應(yīng)用需要對玻璃進行特殊的后續(xù)處理，比如，某些安全玻璃元件須經(jīng)溫度
硬化處理，以及多數(shù)帶硅鍍層的平板顯示器元件必須經(jīng)過溫度退火等。激光引致分
離法也配合這些特殊的后處理，我們用激光法切割了
100
個
4mm
厚的玻璃片，在
特殊熱處理過程，沒有一片被破壞。
 
 
陶瓷激光切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀與思考
 
  2010-3-17 14:50:00 
來源：萬方數(shù)據(jù)
 
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介紹了硬脆性陶瓷激光切割技術(shù)研究的若干新進展，
著重從工藝角度系統(tǒng)地分析總
結(jié)了激光加工陶瓷減少熱損傷的
4
大類型：傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化參數(shù)法、多道切割法、
應(yīng)力引導(dǎo)控制裂紋切割法以及輔助切割法。結(jié)合實際研究經(jīng)驗，針對陶瓷不同薄厚
類型及三維切割需求，提出了目前該技術(shù)所需解決的主要問題及相關(guān)思考。
 
1
引言
 
   
廣義上玻璃、
搪瓷、
琺瑯、
釉、
水泥、
單晶或其他無機化合物都屬于陶瓷的范疇。
陶瓷因具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、高絕緣、無磁性、比重小、自潤滑及熱膨脹
系數(shù)小等的獨特優(yōu)點，除了在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，正越來越多
地作為電子器件、滑動構(gòu)件、發(fā)動機制件、能源構(gòu)件等應(yīng)用材料，在機械、化工、
電子以及航空航天等一些尖端科技領(lǐng)域中顯示出巨大的應(yīng)用需求和優(yōu)勢潛力。
但其
硬度高、脆性大、抗熱震性與重現(xiàn)性差等致命弱點嚴重阻礙了該類材料工程化的推
廣應(yīng)用。目前通過組分復(fù)合
(
如陶瓷基復(fù)合材料
)
和成型工藝可以在一定程度上提高
陶瓷的可加工性和達到部分結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，
但還遠遠不能滿足實際陶瓷零構(gòu)件的使
用需求，多數(shù)情況下仍需要進行修整加工，以提高陶瓷零構(gòu)件的形狀和尺寸精度，
滿足機械結(jié)構(gòu)相互靈活配合的目的。其中，切割即是陶瓷零構(gòu)件加工中一個必不可
少的基本手段。激光切割技術(shù)因其具有非接觸性、柔性化、效率高及易實現(xiàn)數(shù)字化
控制等特點，一直以來頗受青睞，人們寄希望于這種高能束加工方法可以象對待金
屬材料的切割一樣，很好地完成陶瓷的無損切割。
 
2
陶瓷激光切割技術(shù)特點及現(xiàn)行主要方法
 
   
以激光作為加工能源，
在硬脆性陶瓷加工方面的發(fā)展?jié)摿σ岩姸四撸?
它可以實現(xiàn)
無接觸式加工，減少了因接觸應(yīng)力對陶瓷帶來的損傷；陶瓷對激光具有較高的吸收
率
(
氧化物陶瓷對
10.6μm
波長激光的最高吸收率可達
80
％以上
)
，聚焦的高能激光
束作用于陶瓷局部區(qū)域的能量可超過
108J/cm
2
，瞬間就可使材料熔化蒸發(fā)，實現(xiàn)高
效率加工；由于聚焦光斑小，產(chǎn)生的熱影響區(qū)小，可以達到精密加工的要求；激光
的低電磁干擾以及易于導(dǎo)向聚焦的特點，方便實現(xiàn)三維及異形面的特殊加工要求。
激光器的種類很多，以激光光束質(zhì)量、材料對熱源的高吸收效率以及適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)
展需求的標準來衡量，
CO
2
激光熱加工仍為陶瓷切割的主要手段。激光切割的難易
程度由材料的熱物理性質(zhì)決定，由于陶瓷是由共價鍵、離子鍵或兩者混合化學(xué)鍵結(jié)
合的物質(zhì)。晶體間化學(xué)鍵方向性強，因而具有高硬度和高脆性的本征特性。相對于
金屬材料，即使是高精密陶瓷，其顯微結(jié)構(gòu)均勻度亦較差，嚴重降低了材料的抗熱
震性，常溫下對剪切應(yīng)力的變形阻力很大，極易形成裂紋、崩豁甚至于材料碎裂。
因此，
高效無損傷激光切割陶瓷類高硬脆無機非金屬材料一直是一個誘人的且亟待
解決的問題?？偨Y(jié)近
20
年來激光加工陶瓷技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，陶瓷的激光切割技術(shù)
主要包括傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化參數(shù)法、多道切割法、應(yīng)力引導(dǎo)控制裂紋切割法以及輔助
切割法四大類。
 
2.1
傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化參數(shù)法
 
   
該類方法基本借鑒金屬材料激光加工的成熟工藝，
僅通過優(yōu)化工藝參數(shù)來實現(xiàn)加
工目的。研究發(fā)現(xiàn)針對不同材料需要采用不同的激光激勵方式，對于大多數(shù)陶瓷，
脈沖激光切割方式是較好的選擇，
連續(xù)激光切割方式一般更適用于其中的薄片狀玻
璃切割。提高脈沖激光輸出的峰值功率、降低脈寬至納秒量級、減少重復(fù)頻率、降
低切割速度是該類方法有效減少激光輸入對材料產(chǎn)生的過熱影響，
抑制裂紋產(chǎn)生的
基本工藝規(guī)律。
在無損切割速度的研究中，
G.Lu
等給出了激光功率、
切割速度和材
料厚度之間的關(guān)系式：
P
≥
1.7810
11
t
2.41
v
，指出對于一定厚度
t
的材料，存在一個最
大切割速度
v
。要提高切割速度，實驗證明在相同激光功率條件下，采用線聚焦方
式的切割速度可比點聚焦方式提高
5
倍以上，
線聚焦更好地增大了切割方向的熱輸
入量，并減少了垂直于切割方向的熱影響區(qū)。
 
   
在優(yōu)化參數(shù)的基礎(chǔ)上，對相關(guān)加工附件
(
包括夾具
)
的改進也是該研究方法的一個
突破點。激光加工中輔助氣體的超音速氣流可有效減少熱積累，抑制切割過程中的
裂紋產(chǎn)生，但是超音速氣流的氣壓大，作用在被加工材料上會產(chǎn)生類似于刀具加工
的接觸應(yīng)力。通過對超音速噴嘴的創(chuàng)新改進，可使作用于材料表面的氣體凈壓力為
零，達到抑制機械壓力損傷的目的。使用圖
1
所示
F.Quintero
等提出非同軸送氣方
式在激光切割厚氧化物陶瓷中，
會由于比同軸送氣更高的氣體利用率而產(chǎn)生更好的
冷卻效果，切縫斷面無裂紋，底部無掛渣
(
圖
2
所示
)
。采用真宅吸盤固定硬脆性陶
瓷可以保持工件在激光加工過程中的受力均勻，
減少因夾持預(yù)應(yīng)力而增大材料產(chǎn)生
裂紋乃至斷裂的概率。

3
陶瓷激光切割技術(shù)所面臨的問題與思考
 
   
硬脆性陶瓷類非金屬材料激光切割技術(shù)的研究從未停步，
但目前還沒有一項能夠
真正滿足大批量企業(yè)化生產(chǎn)的高效率激光加工方法。
新型產(chǎn)業(yè)對陶瓷需求的日益增
長，更是敦促先進的陶瓷可加工技術(shù)大步發(fā)展的良好契機，機遇與挑戰(zhàn)同在。
 
   
從加工工藝而言，
陶瓷加工的第一步必須確定合理的激光輸出方式。
激光激勵的
基本方式有兩種：連續(xù)輸出和脈沖輸出。兩種輸出方式針對不同類型的陶瓷各有發(fā)
揮所長之處，需要綜合考慮切割質(zhì)量和切割速度。通常連續(xù)輸出適用于玻璃、有機
玻璃等非晶態(tài)非金屬材料。
脈沖輸出方式則多適用于陶瓷等多晶或單晶材料。
此外，
厚度、
密度等無疑也是需要考慮的重要影響因素。
無損切割是陶瓷加工的首要目標，
針對材料的不同特征，側(cè)重點各有不同。按照陶瓷構(gòu)件及陶瓷器件的發(fā)展趨勢，陶
瓷激光加工所面臨的問題與思考略述如下。
nextpage
3.1
薄型陶瓷的激光精密切割
 
   
應(yīng)用于微電子、生物等領(lǐng)域的陶瓷類無機非金屬材料的厚度一般在
1mm
左右。
該類材料多稱為精細陶瓷，高密度高質(zhì)量，幾無燒結(jié)缺陷。采用激光對該類材料的
加工，通過調(diào)整激光工藝參數(shù)，重點降低激光輸出占空比，以在保證材料切斷的前
提下盡量降低激光輸出的平均功率。同時提高激光切割速率
(
對于非晶態(tài)的玻璃材
料，
甚至可以采用連續(xù)激光切割方式
)
，
并使用較大氣壓值的輔助氣體進行吹除，
可
以達到切口整潔無裂紋的無損切割。要解決的關(guān)鍵問題是如何保證切割的精細度，
包括加工定位精度、切縫的精密度等。如圖
5
所示片狀微電子線路基板上的引腳制
孔，切割定位精度需要達到幾十微米。
 
 
圖
5
微電子線路基板引腳的激光切割制孔
 
   
金屬材料激光加工中，
往往可以通過采用電容式傳感器的高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保證切
割頭與工件的距。離嚴格一致。但絕大多數(shù)陶瓷類非金屬材料具有高的電絕緣性，
激光頭所帶高度調(diào)節(jié)不起作用。因此，現(xiàn)行激光加工系統(tǒng)在應(yīng)用于陶瓷類材料加工
時，大多需要改進、設(shè)計新的定位裝置或反饋系統(tǒng)。新開發(fā)的
“
激光精細加工非同
軸顯微定位
”
裝置無需改變激光加工系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)，直接裝配于激光頭，裝卸靈活，
定位精度可達加工機床精度，應(yīng)用于
1mm
高硼硅玻璃微流控封裝器件的加工取得
了良好效果，其無損切割制孔陣列，單孔絕對定位精度約
     
裂紋是厚型陶瓷類材料激光切割所需解決的最大問題。
熱量注入導(dǎo)熱性差的厚板
材料中，會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力積累，在應(yīng)力特別是非平衡分布應(yīng)力的作用下，極易
導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。需要說明的是，這里的
“
厚型
”
有一定的數(shù)值范圍：應(yīng)用于機械工程
領(lǐng)域?qū)嵱贸尚翁沾深惙墙饘倭銟?gòu)件的材料厚度一般均超過
1mm
，
多為幾毫米乃至十
幾毫米，
厚度超過
20mm
以上的陶瓷類材料，
特別是具有高密度低缺陷的該類材料，
從現(xiàn)行燒結(jié)制備工藝來說也是難度極大。厚型陶瓷類材料的制備，往往會伴隨密度
的下降，而密度的下降將會明顯降低激光切割的難度。因此針對實際應(yīng)用意義，該
領(lǐng)域激光加工技術(shù)的研究重點可放在厚度
20mm
以下的陶瓷無損切割。
厚型陶瓷類
材料的加工往往對切縫精密度的要求不高。
但其加工損傷將隨陶瓷厚度的增加而愈
發(fā)嚴重，其無損切割難度已成為制約激光切割陶瓷技術(shù)發(fā)展的瓶頸。該類材料的切
口斷面往往有一層熔凝層，經(jīng)顯微分析，重凝層的厚度僅在
20mm
左右，而斷面裂
紋則分布于熔凝層上。陶瓷的硬脆特性使得這一熔凝層結(jié)構(gòu)疏松且極易脫落，其上
裂紋并不滲入基體材料，對基體材料沒有不良影響。如圖
7(a)
所示左半部分是重凝
層區(qū)域，右側(cè)上方白色箭頭所示為重凝層脫落后的基體材料。因此相比薄型材料，
該類硬脆性厚型陶瓷激光切割研究的重點應(yīng)放在垂直于切縫的工件表面裂紋的產(chǎn)
 
   
按照熱傳導(dǎo)基本原理對硬脆性陶瓷激光切割中的熱效應(yīng)行為進行了分析。
發(fā)現(xiàn)現(xiàn)
行
“
脈沖激光連續(xù)走刀
”
方式在
產(chǎn)品用途 : 定位 ;
型號 : vs-vision ;
品牌 : rvsto ;
加工定制 : 是 ;

德國RVSTO公司是一家擁有歐洲最先進圖像處理技術(shù)的視覺系統(tǒng)集成商。 自1989創(chuàng)建以來，德國RVSTO運用其特有的先進的圖像處理技術(shù)，不只是對物體的形狀、顏色進行辨別，更能夠?qū)⑦@些信息進行處理、并進行加工、分析等一連串的研究工作。為全球客戶研發(fā)和生產(chǎn)高精度視覺對位方案、高可靠性的自動化檢測設(shè)備、提供配套的工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、視覺光源及專業(yè)圖像處理軟件等標準產(chǎn)品。同時，為客戶提供項目評估、方案設(shè)計、安裝調(diào)試、技術(shù)咨詢及培訓(xùn)等一體化的專業(yè)服務(wù)。 德國RVSTO機器視覺系統(tǒng)集成研發(fā)商服務(wù)領(lǐng)域有機械電子、科學(xué)研究、醫(yī)療、航天、現(xiàn)代物流等并且已經(jīng)把業(yè)務(wù)擴展到了中國、韓國、臺灣等地，作為亞洲的技術(shù)制造廠家引領(lǐng)著世界。接近人類的判斷能力。操作簡單，任何人皆可輕松上手我們的系統(tǒng)接近人類的思維和判斷，只需點擊即可進行高精確度的幾何測量；復(fù)雜的連接器檢測，只需按照步驟操作便可完成；最新算法可支持穩(wěn)定檢測，實現(xiàn)與檢測對象和裝置相符的最佳圖像合成；只需選擇即可開始最適合的運用；將專業(yè)的調(diào)整方法進行功能化處理；只需從工具中選擇想要進行的檢測；牢不可破的安全性，有效保護客戶利益；系統(tǒng)支持多種通訊方式。 我們除了世界一流水平的產(chǎn)品之外，RVSTO還提供全方位的服務(wù)，從而進一步為客戶提供幫助。接受過技術(shù)培訓(xùn)的直銷人員不僅能解決難以處理的實際應(yīng)用問題，還能回答與我們的產(chǎn)品有關(guān)的技術(shù)疑問。此外，我們還提供快速裝運服務(wù)，從而客戶得以盡快改善他們的工作流程。 RVSTO專注于通過將卓越超群的技術(shù)與無與倫比的技術(shù)支持相結(jié)合來為客戶提供附加值。 
品牌名稱 : rvsto