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Applications 应用天地

非金属加工

薄脆性非金属材料的激光加工

文/Rossie Pang

激 光作为一种先进的加工工 着极大的挑战，因为材料极薄极脆， 不断增多，他们的努力也促进了这类
脆性材料激光加工技术的不断发展。
加工过程中因接触而施加到材料上的
具，已经越来越广泛地在
工业生产中发挥着举足轻 任何应力，都可能导致材料碎裂，最 以下简单整理了一些相关方案，希望
重的作用。随着激光技术自身的不断 终报废。 对读者有一定参考。
发展完善，其凭借着在加工质量、加 然而，传统机械加工方式所面临 （一）汉诺威中心的薄片玻璃钻
工复杂度、加工效率及清洁环保等优 的挑战，却为非接触性的激光加工带 孔方案
势，不但在不锈钢、铜、合金等各类 来了更多机会。 2016 年 12 月初，德国汉诺威激
金属材料加工中获得青睐，而且也正 光中心（LZH）和德国巴伐利亚激光
在玻璃、陶瓷、蓝宝石、半导体硅晶圆、 超快激光应对加工挑战 中心（BLZ）联合举办了一场主题为
PCB 板等各种非金属材料加工中突显 玻璃、陶瓷、蓝宝石等薄脆性非 “玻璃材料的激光加工”的研讨会，
出独特优势。 金属材料的精密加工，通常使用超快 主要探讨激光玻璃加工领域的最新发
激光。超快激光脉冲持续时间极短， 展与趋势。
薄脆性材料的加工挑战 在纳秒、皮秒甚至是飞秒级别，将适 当前，激光玻璃加工领域的发展
在非金属加工领域，薄脆性材料 度的激光能量作用在材料表面，通过 快速，一些创新的加工过程和系统，
的激光加工备受关注。随着智能手机、 打断材料的化学键而实现材料去除目 正在使薄片、平板和管状玻璃产品的
LED 照明、平板电脑、以及可穿戴设 的，在这个过程中，激光能量还来不 加工不断进步。
备等消费电子产品的不断发展迭代，玻 及向加工范围周围传递，加工过程便 研讨会上，汉诺威激光中心由
璃、蓝宝石和陶瓷等材料，凭借着自身 已结束，因此产生的热量几乎可以忽 Philipp von Witzendorff 领导的一个研
具备的独特优质属性而获得了广泛应 略不计，材料不会产生热损伤。 究团队介绍了一种新颖的薄片玻璃钻
用，比如坚硬的钢化玻璃用作于智能手 随着这些脆性材料在 LED、智能 孔方案，其将单个脉冲与不同的脉冲
机的显示屏 ；坚硬且化学性质稳定的 手机、可穿戴设备等产品中的应用越 持续时间相结合，成功避免了钻孔过
陶瓷用于制作电子零部件衬底和绝缘材 来越多，致力于这类脆性材料加工的 程中在玻璃边缘出现碎片，加工出的
料 ；坚硬耐划的蓝宝石用于 LED 衬底、 激光器、激光系统及相关科研机构也 表面非常光滑，能力成功化学强化薄
手机摄像头保护玻璃、智能手机显示屏、
智能手表的盖板玻璃等。
在这些应用中使用的玻璃、蓝宝
石或陶瓷等材料，厚度通常较薄，硬
度越来越高，非常易碎。而在加工要
求上，上述应用通常需要在这些薄脆
易碎的材料上实施非常精密的切割、
钻孔甚至开槽等加工过程，这使得传
图1：利用激光实现薄片强化玻璃的精密钻孔（图 图2：Spectra-Physics的高功率工业皮秒混合光纤激
统的铣、 钻、 磨等机械加工工艺面临 片来源：LZH） 光器IceFyre（图片来源：MKS Instruments）

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