化學(xué)強化玻璃是通過離子交換工藝，將玻璃表面體積較小的鈉離子置換為體積較大的鉀離子，在玻璃表面形成深度為幾十微米的壓應(yīng)力層的一種特殊玻璃。相對于普通玻璃，化學(xué)強化玻璃具有更高的機械強度和熱穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于手機、平板電腦等電子設(shè)備的顯示屏。

　　因為這層表面壓應(yīng)力，傳統(tǒng)的機械切割或水射流切割加工強化玻璃時，極易引起強化玻璃崩邊爆裂。在生產(chǎn)過程中，切割分離加工必須在化學(xué)強化步驟之前完成，這導(dǎo)致加工過程繁瑣而且效率較低，靈活性極差。

　　華中科技大學(xué)段軍教授課題組利用皮秒激光的高峰值功率和超短脈沖以及貝塞爾光束長焦深的特點，通過控制單脈沖能量和脈沖改性間距，實現(xiàn)了化學(xué)強化玻璃的自動斷裂分離，提升了化學(xué)強化玻璃切割的速度與質(zhì)量。

　　圖1 產(chǎn)生貝塞爾光束的實驗裝置及貝塞爾光束的輪廓

　　在高功率密度的皮秒貝塞爾光束的作用下，每個脈沖都會在強化玻璃內(nèi)加工出一條半徑約1μm，覆蓋整個厚度的柱狀改性微通道，導(dǎo)致強化玻璃上下表面壓應(yīng)力失去靜態(tài)平衡。

　　由于強化玻璃表面產(chǎn)生了損傷，損傷點受到周圍強烈的壓應(yīng)力作用而產(chǎn)生形變，誘導(dǎo)損傷點之間的區(qū)域誘導(dǎo)產(chǎn)生拉應(yīng)力。一旦誘導(dǎo)拉應(yīng)力超過玻璃的抗拉強度，玻璃上下表面會產(chǎn)生斷裂裂紋;

　　而玻璃內(nèi)部本身就存在一定的拉應(yīng)力，因此裂紋迅速沿表面向中心擴展，形成穿透裂紋，從而使強化玻璃精確地沿著激光掃描的軌跡自動斷開分離。

　　圖2 化學(xué)強化玻璃的切割原理。(a)化學(xué)強化玻璃的應(yīng)力分布;(b)貝塞爾光束在玻璃內(nèi)產(chǎn)生一個改性面

　　影響切割速度和質(zhì)量的主要參數(shù)是單脈沖能量和脈沖改性間距。以化學(xué)強化玻璃可以自動斷開為前提，在單脈沖能量為150μJ，改性間距為5μm的實驗條件下，0.7mm厚的化學(xué)強化玻璃的切割面的質(zhì)量佳，粗糙度的算術(shù)平均值為395nm。激光頻率設(shè)為80 kHz，相應(yīng)的切割速度可達到400mm/s。

　　圖3 切面平均粗糙度隨脈沖能量和脈沖改性間距的變化規(guī)律

　　利用皮秒激光貝塞爾光束實現(xiàn)化學(xué)強化玻璃自動斷開分離，不但能有效提升化學(xué)強化玻璃切割的速度與質(zhì)量，并且可進行任意的曲線圖形切割分離，具有較高的實際應(yīng)用價值。

      參考文獻： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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