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超快激光正在玻璃加工上的运用

公布日期:2015-11-28 7:40:32浏览次数:次字号:

玻璃是一种通明的类固体质料,正在人们日常生活中运用普遍。玻璃的运用局限正在络续扩大,尤其是和其他质料相结合能更多天应用于高科技范畴。


     玻璃由碳酸钠、石灰石和沙子等常见的质料制成。这些质料正在高温条件下(约1500℃)熔解,便像液体一样,能够被灌注、吹造、压抑和模塑成种种外形。但正在室温下,玻璃便成为固体,冷却后因为机械性能的改动会变得难以加工处置惩罚。


  玻璃具有其他质料所不具有的奇特机能。它具有极好的光学机能,能反射、蜿蜒、透射和吸取光芒,正在全部可视范围内以至更远,皆具有较下的透明度。从化学机能来讲,玻璃是一种抗侵蚀的惰性质料,能够作为许多化学品的容器。从热力和电力方面来看,玻璃是一种绝佳的绝缘体。从物理性能来看,玻璃外面坚固,防刮耐磨,近年来经由过程种种要领,玻璃以至具有了弹性。然则,也恰是这些机能使得玻璃加工面对着更大应战,比方一旦玻璃具有极好的抗拉强度,便变得易碎。

  因而,处置惩罚玻璃的要领和其运用皆需求从长计议。玻璃制造能够追溯到公元前3500年阁下。野生制造玻璃也许起首泛起正在美索不达米亚和埃及,起首被用来建造珠宝,随后被用来建造壶。以后,加工工艺络续革新,从手工加工演化为当今的高科技产业工艺,泛起了浩瀚玻璃种别和运用。只管玻璃制造历史悠久,但远几十年来因为玻璃的易碎机能,关于玻璃制品停止加工的工艺止步不前。

  一般一个小裂纹便会形成玻璃破裂。一旦微裂纹正在玻璃的某个部位构成,它便会舒展至玻璃边沿,形成碎裂。玻璃的这类易碎属性使其难以加工。别的一方面,不断发展的手艺使其可制成构造更小,且外形各别的玻璃去应用于差别范畴。传统的准确要领,如光刻和电子束光刻等去加工玻璃,但这些手艺过于高贵,不容易操纵,特别是大面积运用。当今,激光手艺供应了加工玻璃的最准确要领。最直接了当的要领就是正在波长范围内应用单光子吸取,玻璃正在红外线或紫外线下不会高度通明。

  然则,间接吸取会发生一些题目,包孕不良热影响和构成热影响区,那会发生微裂纹,严峻风险玻璃的机器稳定性。另外,正在玻璃外面下方停止加工,制造三维构造,需求运用下透明度波长。固然纳秒脉冲激光器能够用于正在玻璃中制造次表层结构(如图1),玻璃的物理机制会对微处置惩罚的邃密水平形成限定,也会发生微裂纹。

  

图1:运用纳秒激光器(左图)和运用远红外(NIR)飞秒激光器(左图)对玻璃停止激光加工示例。


  近年来,一种激动人心的替换性工艺已投入产业运用,即运用超快激光器正在远红外波长范围内发生次皮秒脉冲。正在那一要领中,超短脉冲严密聚焦于玻璃的大部分或外面,每平方厘米的功率密度凌驾数太瓦,激发庞大多样的工艺,如同时多光子吸取、雪崩和碰撞电离,形成对玻璃基质高度局域化的损坏,同时险些不存在能量堆积(只要几微焦以至更少)。因为每次脉冲所用能量极为适度,对该部位(以至是聚焦体积)形成的热影响能够疏忽不计。那一要领一般被称为“热溶解”,能够用来制造极其准确的3D构造。和其他微制造手艺比拟,飞秒激光微制造通明质料具有奇特上风。