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WSX光纖激光切割頭切割藍(lán)寶石技巧

2019-07-15 10:20:18 金曉


藍(lán)寶石晶體的化學(xué)成分是氧化鋁(Al2O3)。藍(lán)寶石材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,如高耐磨性,高硬度,優(yōu)良的導(dǎo)熱性,電絕緣性,穩(wěn)定的化學(xué)性能等。它廣泛用于高端智能手機(jī),平板電腦,平板電視和其他電子產(chǎn)品展示行業(yè)。藍(lán)寶石是一種堅(jiān)硬脆弱的材料。傳統(tǒng)的機(jī)械加工存在諸如容易產(chǎn)生裂紋,碎片,分層,邊緣塌陷,邊緣破裂和易于工具磨損的缺陷。此外,由于藍(lán)寶石具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法難以處理。激光切割頭切割技術(shù)是一種高速,高質(zhì)量的切割方法。切割頭切割藍(lán)寶石晶圓不僅加工速度快,切割質(zhì)量好,而且可以切割任何圖案。


激光切割頭ND30


WSX準(zhǔn)連續(xù)光纖激光頭具有良好的穩(wěn)定性,光束質(zhì)量和高能量密度。與Nd:YAG激光相比,它在切削硬脆材料方面具有明顯的優(yōu)勢。WSX準(zhǔn)連續(xù)光纖激光頭與保護(hù)氣體相結(jié)合,因其熱影響區(qū)域小,加工區(qū)表面無波紋,加工設(shè)備成本低,廣泛應(yīng)用于藍(lán)寶石加工。


WSX激光切割頭


圖1WSX切割頭的 裝置示意圖


一、切割藍(lán)寶石的操作和注意事項(xiàng)

WSX切割頭切割藍(lán)寶石的原理如圖1所示。激光頭的激光通過光纖傳導(dǎo)到準(zhǔn)直鏡后,激光最終通過聚焦鏡作用于藍(lán)寶石表面,并在獲得焦平面上的聚焦點(diǎn)后進(jìn)行切割。自動(dòng)控制系統(tǒng)控制移動(dòng)平臺(tái)在X和Y方向上移動(dòng)。WSX準(zhǔn)連續(xù)光纖激光頭用于切割厚度為0.52mm,直徑為5mm的光學(xué)藍(lán)寶石襯底。

脈沖寬度0.15~0.18 ms,波長1070 nm,光斑直徑15μm,重復(fù)頻率0~5 kHz,能量密度變化范圍0~2.4×105J / cm2,切割頭的切割速度變化范圍0~50 mm /秒。氮?dú)庥米骷庸ぽo助氣體,噴嘴直徑為0.5-1mm。

使用WSX激光頭150W ,WSX準(zhǔn)連續(xù)激光切割藍(lán)寶石襯底材料。

01.切割頭線位置的選擇

首先,應(yīng)在藍(lán)寶石切割軟件中設(shè)置切割線的位置。我們通過改變角度θ(切割線和材料邊緣之間的角度)來改變切割線的位置,如圖2所示。觀察并分析切割線位置對切割質(zhì)量的影響。西塔。通過順序選擇15,30,45,60,75和90進(jìn)行測試,切割線的長度為0.3毫米。在確定切割線的位置之后,將進(jìn)行測試。


WSX激光切割頭

圖3切割頭的切割線示意圖


當(dāng)激光頭發(fā)出的激光剛剛撞擊藍(lán)寶石材料表面時(shí),會(huì)發(fā)生劇烈的反應(yīng)。為了消除切割頭切割開始時(shí)的不利影響,在切割正式圖形之前,添加一段切割線,即起始線,也稱為輔助線。切割線的切割角度也是影響切割質(zhì)量的重要因素。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)角度為30°或90°時(shí),基本上消除了濺射長度。


02.切割頭的切割結(jié)果和分析

使用氮?dú)庾鳛檩o助氣體,噴嘴直徑為0.5mm。切割頭的切割藍(lán)寶石圓孔的效果如下圖所示:


WSX激光切割頭


從最終切割樣本的照片可以看出:

1.在顯微鏡下,切割的藍(lán)寶石具有光滑的邊緣,基本上沒有結(jié)渣并且沒有毛刺。

2.切割面幾乎沒有傾斜平面,錐度在100以內(nèi);

3.藍(lán)寶石在前表面具有良好的切削刃效果,邊緣塌陷量小于后表面,并且后表面上的邊緣塌陷量也控制在10μm以下。

03.注意事項(xiàng)

影響藍(lán)寶石邊緣塌陷量的一個(gè)非常重要的因素是激光頭的激光能量密度。激光頭的激光能量密度越高,藍(lán)寶石背面的崩邊現(xiàn)象越明顯,崩邊尺寸越大。因此,在保證藍(lán)寶石能夠被切割的同時(shí)降低激光頭功率會(huì)在一定程度上改善藍(lán)寶石背面的邊緣塌陷,但是能量越小,背面掛渣越嚴(yán)重,不易去除。如果激光頭的激光能量適當(dāng)增加,藍(lán)寶石背面熔化的材料會(huì)變成粉末,從而改變藍(lán)寶石背面的切割效果。

WSX激光頭150W瓦。

WSX準(zhǔn)連續(xù)光纖激光頭技術(shù)參數(shù)

WSX激光切割頭

WSX切割頭切割藍(lán)寶石材料工藝參數(shù)


二、影響藍(lán)寶石切割質(zhì)量的幾個(gè)主要因素

為了獲得更好的表面質(zhì)量等級,必須多次優(yōu)化激光頭功率、切割頭的切割速度和其他工藝參數(shù)。讓我們來談?wù)動(dòng)绊懰{(lán)寶石切割質(zhì)量的主要因素。


01.激光頭功率

激光能量是激光切割藍(lán)寶石襯底過程中的主要能量來源。激光頭功率和切割頭的切割速度決定藍(lán)寶石襯底的能量輸入。激光頭的功率將對切割產(chǎn)生重要影響。當(dāng)切割速度、輔助氣壓和其他工藝參數(shù)恒定時(shí),切口寬度與激光頭的功率的增加成線性比例。如果激光頭的功率太小,激光頭的激光就不能被切斷。如果功率增加,凹口寬度將增加,端面粗糙度將增加。在激光切割過程中,激光頭的功率應(yīng)盡可能大,充分發(fā)揮激光頭的功率優(yōu)勢,提高效率。


02.切割速度

對于給定的藍(lán)寶石材料和激光頭功率,切割速度通常符合經(jīng)驗(yàn)公式。只要它高于閾值,材料的切割速度就與激光頭功率成正比,也就是說,增加功率可以提高切割速度。對于藍(lán)寶石切割,激光切割頭的切割速度可以有相對調(diào)整范圍,而其他工藝參數(shù)保持不變。

切割速度小,切口寬度大,切口粗糙度大。切削速度大,切口寬度和粗糙度小,超過最佳切削速度后粗糙度緩慢增加。如果切割速度太高,切割會(huì)刮去更多的爐渣或無法切割。如果切割速度太低,材料會(huì)燃燒太多,切口寬度和熱影響區(qū)域會(huì)很大。為了提高切削質(zhì)量,在其它工藝參數(shù)不變的情況下,應(yīng)優(yōu)化切削速度。


激光切割頭NC12


03.輔助氣體

輔助氣體用于從切割區(qū)域吹走爐渣,以從切割縫中去除惰性氣體和活性氣體。對于藍(lán)寶石材料,使用氮?dú)饪梢砸种魄懈顓^(qū)域的過度燃燒。

激光切割頭的輔助氣體的基本要求是氣體流速應(yīng)大,以便足夠的氮?dú)馀c切口材料放熱反應(yīng),并在切口處從熔融材料中吹出足夠的能量。高速切割藍(lán)寶石時(shí),增加氣壓可以提高切割速度,防止切割背面結(jié)渣。然而,如果壓力過高,切割頭的切割表面將變得粗糙。在切割過程中,氮?dú)庵械碾s質(zhì)會(huì)對切割頭的切割質(zhì)量產(chǎn)生不利影響,因此氮?dú)獾募兌容^高。



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