專利名稱：一種預應力玻璃激光退應力方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光加工領域，尤其涉及鋼化玻璃和半鋼化玻璃的激光加工領域。
背景技術：
鋼化玻璃和半鋼化玻璃其實是一種預應力玻璃。為提高玻璃的強度，通常使用化學或物理的方法，在玻璃表面形成壓應力，玻璃承受外力時首先抵消表層應力，從而提高了承載能力，增強玻璃自身抗風壓性，寒暑性，沖擊性等.物理鋼化就是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近軟化點，再進行快速均勻的冷卻而得到預應力玻璃的方法。根據玻璃厚度不同，選擇加熱降溫的時間不
同。物理鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應力，而內部則形成拉應力，使玻璃的抗彎和抗沖擊強度得以提高，其強度約是普通退火玻璃的四倍以上。已鋼化處理好的玻璃，不能再作任何加工或受破損，否則就會“粉身碎骨”。退火玻璃通過高溫和淬冷，根據玻璃表面應力大小劃分為半鋼化玻璃玻璃和鋼化玻璃?；瘜W鋼化是通過離子交換形成玻璃的表面壓應力的一種玻璃鋼化方法。離子交換工藝的簡單原理是在400攝氏度左右堿鹽溶液中，使玻璃表層中半徑較小的離子與溶液中半徑較大的離子交換，比如玻璃中的鋰離子與溶液中的鈉離子交換，玻璃中的鈉離子與溶液中的鉀離子交換，利用堿離子體積上的差別產生表層壓應力。對厚玻璃的增強效果不甚明顯，特別適合增4毫米以下厚的玻璃?；瘜W預應力玻璃的優(yōu)點是，其未經轉變溫度以上的高溫過程，所以不會像物理預應力玻璃那樣存在翹曲，表面平整度與原片玻璃一樣，同時在強度和耐溫度變化有一定提高，并可適當作切裁處理。目前隨著觸摸屏行業(yè)的發(fā)展，多數采用化學剛化玻璃，其玻璃材料為特殊的鈉硅酸鹽玻璃材料，通過鈉鉀離子交換來提升自身強度，達到玻璃強化的目的，耐沖擊性、表面硬度得到顯著提升。如果首先在玻璃上做好電路，玻璃不能做鋼化處理。但若先將玻璃鋼化后，再做電路，鋼化玻璃卻又不可以進行后續(xù)加工。總之，所有鋼化玻璃和半鋼化玻璃，都是中間層承受拉應力，兩表面層承受壓應力。一旦有任何破損，產生應力集中，玻璃就會破碎。鋼化玻璃和半鋼化玻璃加工歷來是比較難的。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種預應力玻璃激光退應力方法，以使得預應力玻璃在后續(xù)加工過程中不易破裂，解決預應力玻璃不能后續(xù)加工的行業(yè)難題。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種預應力玻璃激光退應力方法，具體方案如下采用加熱激光照射預應力玻璃的待退應力處理區(qū)域，使被照射區(qū)域玻璃的溫度急劇上升，使得預應力玻璃局部退應力化。該退應力化區(qū)域能夠進行后續(xù)加工，所述退應力化為激光照射區(qū)域玻璃應力相對加熱激光加熱處理前減弱或者消失。進一步，所述加熱激光照射預應力玻璃的待退應力處理區(qū)域步驟中，通過加熱激光對預應力玻璃待退應力處理區(qū)域進行填充掃描加熱。進一步，所述加熱激光照射預應力玻璃的待退應力處理區(qū)域步驟中，通過加熱激光波長選擇、加熱激光掃描速度、加熱激光掃描密度、加熱激光照射時間和控制玻璃表面激光功率大小來控制該被照射區(qū)域玻璃溫度。進一步，預應力玻璃為鋼化玻璃或半鋼化玻璃。進一步，所述鋼化玻璃為物理鋼化玻璃或化學鋼化玻璃。進一步，所述半鋼化玻璃為物理半鋼化玻璃或化學半鋼化玻璃。
進一步，所述加熱激光為二氧化碳激光或紫外激光或半導體紅外激光或光纖激光。進一步，所述加熱激光光源為加工激光光源。能夠被預應力玻璃吸收的激光為加熱激光，即預應力玻璃對加熱激光有一定的吸收率，具體吸收率與玻璃成分、激光加熱厚度、激光波長、激光峰值功率密度等多種因素有關。加熱激光用于對預應力玻璃需要加工的區(qū)域進行急劇加熱處理，還用于對預應力玻璃行進一定時間的保溫，促使該區(qū)域預應力玻璃的應力得到一定程度的釋放或者應力完全消失，這個過程即為預應力玻璃激光退應力處理。其機理是，采用加熱激光照射預應力玻璃待加工區(qū)域，預應力玻璃吸收激光光子而被急劇加熱。對于化學預應力玻璃，在加熱激光照射區(qū)域內的預應力玻璃達到較高溫度，當低于玻璃軟化溫度時(玻璃軟化溫度與具體玻璃成分有關)，玻璃外層(壓應力層)大體積原子和玻璃內層(拉應力層)小體積原子進行位置相互交換，外層大體積原子向內部滲透，內層小體積原子向外層轉移，或者外層(壓應力層)內部大小原子位置重新排列，都可以形成應力釋放；當加熱激光照射區(qū)域玻璃在達到玻璃軟化溫度時(玻璃軟化溫度與具體玻璃成分有關)，該區(qū)域玻璃的中間層和表面層因應力存在，產生塑性形變，因而減少或者消除該區(qū)域預應力玻璃的應力。對于物理預應力玻璃，將加熱激光照射區(qū)域內的預應力玻璃加熱到一定溫度，使得該區(qū)域預應力玻璃的中間層和表面層的產生塑性形變，因而減少或者消除該加熱區(qū)域預應力玻璃的應力。一旦預應力玻璃的局部應力減少或者消除，就可以對該預應力玻璃退應力區(qū)域進行所需的切割或者鉆孔等形式的加工處理，加工手段包括激光加工或者機械加工或者其他加工手段，通過這種方法解決了預應力玻璃難以加工的問題。這種激光退應力處理可以在加工之前完成，也可以在激光加工過程中同步完成。對預應力玻璃進行切割或鉆孔等操作的的激光稱為加工激光，在一些情況下也可以同時作為加熱激光。在操作過程中可以先對預應力玻璃進行激光退應力處理，再對該預應力玻璃退應力區(qū)域進行后續(xù)的加工操作，在這種情況下，加熱激光和加工激光可以為同一束激光(改變激光的峰值功率，加熱的時候激光峰值功率低一些，加工的時候激光峰值功率高一些)，這種配置可以節(jié)省激光光源的數量；加熱激光和加工激光也可以是兩束分別獨立的激光。另外一種操作方式是，對預應力玻璃激光退應力處理的同時對該預應力玻璃退應力區(qū)域進行加工操作，在這種情況下，加熱激光和加工激光是同時進行的兩束分別獨立的激光。根據具體不同的預應力玻璃的成分、厚度、均勻性、預應力程度、剛化方法等確定加熱激光的類型、激光的波長、激光的平均功率、激光光斑大小，以及在對預應力玻璃加熱的時候，光斑是靜止還是移動狀態(tài)。加熱激光的類型包括連續(xù)激光和脈沖激光。連續(xù)激光是連續(xù)波形式的激光，脈沖激光是發(fā)射激光脈沖的激光。
通過加熱激光波長選擇、加熱激光掃描速度、加熱激光掃描密度、加熱激光照射時間和控制玻璃表面激光功率大小來控制該被照射區(qū)域玻璃溫度。應力松弛速度取決于預應力玻璃溫度，溫度越高，應力松弛速度越快。一般預應力玻璃厚度薄的，選擇玻璃吸收激光能量系數大的激光波長，預應力玻璃較厚的，選擇玻璃吸收激光系數小一些的激光波長，這樣有利于加熱區(qū)域玻璃均勻受熱，激光的波長可以在200納米到12微米之間選擇。相同條件下，激光掃描速度越慢，玻璃升溫速度快；激光掃描速度快，玻璃升溫速度相對較慢。玻璃升溫有時候也需要考慮具體種類玻璃對局部溫度變化的承受能力。加熱激光照射掃描速度可以從O毫米/秒到30米/秒之間選擇，相同條件下，加熱激光掃描密度越大，被照射部分玻璃升溫速度就越快，反之就相對慢，加熱激光掃描密度也需要考慮具體種類玻璃對局部溫度變化的承受能力，激光照射加熱掃描密度可從掃描線寬百分之百 重疊度到掃描線與線之間相距10倍線寬的間距，掃描路徑可以是 平行線、網格、螺旋漸開線、同心圓等。激光照射時間越長，玻璃溫度越高。玻璃表面激光功率越大，玻璃升溫就越快?？傊?，以上這些因素需要根據具體玻璃的具體情況，包括預應力玻璃成分、厚度、后續(xù)加工要求等綜合考慮選擇。應用本發(fā)明的技術方案，與現有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果(I)對需要進行后續(xù)加工的預應力玻璃選擇性局部區(qū)域快速激光加熱退應力處理后，使該局部具備可加工的特性，同時不實質性影響到預應力玻璃整體使用強度要求，解決了預應力玻璃難以后續(xù)加工的行業(yè)難題。(2)本發(fā)明提出一種預應力玻璃激光退應力方法，可以先預應力玻璃，再在預應力玻璃上做好各種電路，再進行相應的激光加工，解決了做好電路后玻璃不可以做預應力處理，但若玻璃預應力后再做電路，玻璃卻不可以加工的難題。


圖1為實施例1化學鋼化玻璃激光鉆孔的激光退應力裝置結構示意圖；圖2為實施例1化學鋼化玻璃激光鉆孔裝置結構示意圖；圖3為實施例2化學鋼化玻璃激光裁切的激光退應力裝置結構示意圖；圖4為實施例2化學鋼化玻璃激光裁切裝置結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實施例1:圖1為實施例1化學鋼化玻璃激光鉆孔的激光退應力裝置結構示意圖，由圖1可知初始準直入射激光光束11，經第一振鏡鏡片15反射,其反射光束14經第二振鏡鏡片13反射，得到反射激光光束18，反射激光光束18射入化學鋼化玻璃19，除了部分激光被吸收，還有部分激光透射化學鋼化玻璃19得到透射光束110。所述準直入射激光光束11，用于加熱化學鋼化玻璃19，也稱之為加熱激光。加熱激光為波長為10. 6微米的連續(xù)二氧化碳氣體激光，平均功率50W，基模，準直入射激光光束直徑為2毫米。所述第一振鏡鏡片15,被振鏡電機7的主軸16夾持,可以繞主軸16軸線擺動。
所述第二振鏡鏡片13，被振鏡主軸12夾持，可以繞振鏡主軸12軸線擺動。所述化學鋼化玻璃19的厚度為O. 8毫米，其上下兩表面的鋼化深度均為70微米。在第一振鏡鏡片15和第二振鏡鏡片13的控制下，反射激光光束18在化學鋼化玻璃19表面上10毫米直徑的圓周內部的反復做填充運動，使該區(qū)域玻璃迅速升溫，通過反射激光光束18的掃描速度、掃描密度、照射時間、激光波長的選擇以及控制玻璃表面激光功率大小來控制該區(qū)域玻璃溫度。應力松弛速度取決于化學鋼化玻璃溫度，溫度越高，松弛速度越快。激光加熱照射掃描速度可以從O毫米/秒到30米/秒之間選擇，激光掃描速度慢，化學鋼化玻璃升溫快，激光掃描速度快，化學鋼化玻璃升溫相對慢。被照射部分玻璃溫升速度與加熱激光掃描密度成正比。激光照射時間越長，化學鋼化玻璃溫升就越高。玻璃表面激光功率越大，玻璃溫升速度就越快。應力消除程度標準以后續(xù)激光鉆孔的時候，化學鋼化玻璃鋼化部分不會破碎為準，并且同時保證被加熱激光掃描的退鋼化玻璃的相鄰區(qū)域，沒 有出現影響整體化學鋼化玻璃19鋼化強度的退預應力現象。圖2為實施例1化學鋼化玻璃激光鉆孔裝置結構示意圖，由圖2可知初始準直入射激光光束21，經第一振鏡鏡片25反射，其反射光束24經第二振鏡鏡片23反射，得到反射激光光束28，反射激光光束28射入遠心鏡頭29，獲得聚焦光束30，聚焦光束30光斑的開始位置為局部退預應力玻璃31下表面。所述準直入射激光光束21，用于局部退應力部分的玻璃鉆孔，稱之為加工激光。力口工激光為波長為532納米的電光調Q固體激光，脈沖重復頻率為40千赫茲，平均功率為5瓦，脈沖寬度為5納秒，基模，準直入射激光光束21的光束直徑為10毫米。所述第一振鏡鏡片25,被振鏡電機27的主軸26夾持,可以繞主軸26軸線擺動。所述第二振鏡鏡片23，被振鏡主軸22夾持，可以繞振鏡主軸22軸線擺動。所述遠心鏡頭29焦距為100毫米，掃描范圍為50毫米X 50毫米。局部退應力化學鋼化玻璃211為化學鋼化玻璃19經過局部加熱激光退應力處理后的部件。在第一振鏡鏡片25和第二振鏡鏡片23的控制下，聚焦光束210在局部退應力化學鋼化玻璃211的局部退應力區(qū)域(退應力區(qū)域為直徑為10毫米的圓形區(qū)域)下表面做直徑為10毫米的圓周運動，由于激光聚焦焦深有一定長度，從局部退應力化學鋼化玻璃211下表面開始向上，在局部退應力化學鋼化玻璃211內部會被切割出直徑10毫米的圓柱面，玻璃熔渣沿著光束傳輸方向向下噴出。在聚焦光束210切割玻璃過程中，局部退應力化學鋼化玻璃211可以豎直向下緩慢運動，直到激光把玻璃鉆穿為止。實施例2:圖3為實施例2化學鋼化玻璃激光裁切的激光退應力裝置結構示意圖，由圖3可知，準直入射激光光束31穿過化學鋼化玻璃32的時候，部分激光被吸收，還有部分激光透射過化學鋼化玻璃32得到透射光束33。所述準直入射激光光束31，用于加熱化學鋼化玻璃32，稱之為加熱激光。加熱激光是波長為10. 6微米的連續(xù)二氧化碳氣體激光，平均功率50瓦，基模，準直入射激光光束31的光束直徑為2毫米。所述化學鋼化玻璃32的厚度為O. 8毫米，其上下兩表面的鋼化深度均為70微米。所述準直入射激光光束31以一定速度從化學鋼化玻璃32的左邊到右邊做一直線運動，被激光加熱的區(qū)域玻璃迅速升溫，通過調節(jié)準直入射激光光束31運動速度和化學鋼化玻璃表面激光功率大小來控制該區(qū)域玻璃溫度，這些因素均與應力消除到合理程度時所需處理時間有關。準直入射激光光束31運動速度慢，化學鋼化玻璃升溫快；準直入射激光光束31運動速度快，玻璃升溫速度慢。激光照射時間越長，玻璃溫升就越高。化學鋼化玻璃表面激光功率越大，玻璃溫升速度就越快。應力松弛速度取決于玻璃溫度，溫度越高，松弛速度越快。應力消除程度標準以后續(xù)激光裁切時候，未被激光退應力處理的化學鋼化玻璃這部分不會破碎為準，并且同時被加熱激光掃描的退預應力玻璃的相鄰區(qū)域，沒有出現影響整體玻璃鋼化強度的退預應力現象。當所述準直入射激光光束31以I毫米/秒的速度從化學鋼化玻璃32的左邊到右邊做直線運動，這樣在化學鋼化玻璃32中形成寬約2毫米的退應力帶 ，其長度由準直入射激光光束31與化學鋼化玻璃32的相對運動位移距離決定。由圖4可知，準直入射激光光束43入射靜態(tài)聚焦鏡頭42，出射光束為聚焦激光光束45，聚焦光束45的光斑開始位置為局部退預應力玻璃46厚度方向內部中間位置；氣嘴44安裝在靜態(tài)聚焦鏡頭42下面，低溫冷空氣通過管道41與氣嘴44氣密性連接。所述準直入射激光光束43為脈沖二氧化碳激光，用于局部退應力部分的玻璃裁切，稱之為加工激光。準直入射激光光束43的波長為10. 6微米，平均功率為150瓦，脈沖寬度是40微秒，重復頻率是50千赫茲，光束直徑為20毫米。所述靜態(tài)聚焦鏡頭42的焦距為50毫米。局部退預應力化學鋼化玻璃46為化學鋼化玻璃32經過局部加熱激光退應力處理后的部件。所述聚焦激光光束45在局部退預應力化學鋼化玻璃46退應力區(qū)域以500毫米/秒速度運動，在運動的同時，高壓低溫冷空氣通過管道41從氣嘴44噴出，與聚焦激光光束45同軸吹向局部退預應力化學鋼化玻璃46，此時，因脈沖激光加熱急劇升溫，又因高壓冷氣冷卻，化學鋼化玻璃產生定向裂紋，局部退預應力化學鋼化玻璃46中的退預應力區(qū)域部分順著裂紋方向從局部退預應力化學鋼化玻璃46中完美分離，該裂紋方向為聚焦激光光束45與局部退預應力化學鋼化玻璃46的相對運動方向。上述實施例1與實施例2只是本發(fā)明的兩個典型的應用，實際上其原理應用不限于上面所述情形，例如還可以利用加熱激光在加工激光加工過程之前或者在加工激光加工過程之中同時對預應力玻璃進行局部加熱退應力處理等。在加工激光加工過程之前，加熱激光對預應力玻璃進行局部加熱退應力處理這種情況下，加熱激光和加工激光可以是兩束分別獨立的激光，也可以是同一激光光源。同一激光光源的時候，改變激光的峰值功率，力口熱的時候激光峰值功率低一些，加工的時候激光峰值功率高一些，這種配置可以節(jié)省激光光源的數量?？傊?，本發(fā)明提出一種激光預應力玻璃退應力方法，其重要特點是利用激光對預應力玻璃的急劇加熱特性，對需要進行后續(xù)加工的預應力玻璃選擇性局部區(qū)域快速激光加熱退應力處理，使該局部具備可加工的特性，同時不實質性影響預應力玻璃整體使用強度要求，這種方法突破了預應力玻璃難以后續(xù)加工的行業(yè)難題。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于采用加熱激光照射預應力玻璃的待退應力處理區(qū)域，使被照射區(qū)域玻璃的溫度上升，使得預應力玻璃局部退應力化。
2.根據權利要求1所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于所述加熱激光照射預應力玻璃的待退應力處理區(qū)域步驟中，通過加熱激光對預應力玻璃待退應力處理區(qū)域進行填充掃描加熱。
3.根據權利要求1或2所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于所述加熱激光照射預應力玻璃的待退應力處理區(qū)域步驟中，通過加熱激光波長選擇、加熱激光掃描速度、加熱激光掃描密度、加熱激光照射時間和控制玻璃表面激光功率大小來控制該被照射區(qū)域玻璃溫度。
4.根據權利要求1所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于預應力玻璃為鋼化玻璃或半鋼化玻璃。
5.根據權利要求4所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于所述鋼化玻璃為物理鋼化玻璃或化學鋼化玻璃。
6.根據權利要求4所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于所述半鋼化玻璃為物理半鋼化玻璃或化學半鋼化玻璃。
7.根據權利要求1或2或4或5或6所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于所述加熱激光為二氧化碳激光或紫外激光或半導體紅外激光或光纖激 光。
8.根據權利要求7所述的一種預應力玻璃激光退應力方法，其特征在于所述加熱激光光源為加工激光光源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預應力玻璃激光退應力方法，具體為利用激光對預應力玻璃(鋼化玻璃和半鋼化玻璃)的快速加熱特性，對需要進行后續(xù)加工的預應力玻璃選擇性局部區(qū)域快速加熱退應力處理，使該局部具備可加工的特性，同時不實質性影響預應力玻璃整體使用強度要求，這種方法突破了預應力玻璃難以后續(xù)加工的行業(yè)難題。
文檔編號C03B32/00GK102992601SQ20121051611
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權日2012年12月4日
發(fā)明者張立國 申請人:張立國