邊緣倒角方法技術(shù)

在此描述了使用激光器對任意形狀的玻璃基板的邊緣進(jìn)行倒角和/或斜切的過程。用于在玻璃基板上產(chǎn)生倒角的兩種一般方法是：第一方法，其涉及利用用于在所述玻璃內(nèi)產(chǎn)生穿孔的超短脈沖激光器切割所述邊緣使其具有所希望的倒角形狀；之后是離子交換。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】相關(guān)申請本申請根據(jù)35 U.S.C.§119要求在2014年1月27日提交的美國臨時(shí)申請序列號61/931881的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述申請的內(nèi)容被用作依據(jù)并且通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。本申請還要求在2014年7月10日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?2/022,885的權(quán)益和2014年10月31日提交的美國申請?zhí)?4/530410的權(quán)益，所述申請的全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
技術(shù)介紹
本披露總體上涉及玻璃倒角方法，并且更具體的涉及利用激光器結(jié)合離子交換過程的玻璃倒角方法。不承認(rèn)在此引用的任何參考組成現(xiàn)有技術(shù)。申請人明確地保留質(zhì)疑任何引用文獻(xiàn)的準(zhǔn)確性和相關(guān)性的權(quán)利。在玻璃嵌板被切割用于體系結(jié)構(gòu)、汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品(且舉幾種)中的應(yīng)用的所有情況下，將存在邊緣，這些邊緣將非常可能需要注意。存在用于切割和分離玻璃的許多不同方法。例如，玻璃可以被機(jī)械地切割(CNC機(jī)加工、磨料水射流、劃片以及斷裂等等)、使用電磁輻射(激光、放電、振動陀螺儀等等)。更加傳統(tǒng)和常見的方法(劃片和斷裂或CNC機(jī)加工)產(chǎn)生具有不同類型和大小缺陷的邊緣。發(fā)現(xiàn)這些邊緣不完美地垂直于表面也很常見。為了消除這些缺陷并給予這些邊緣具有改善強(qiáng)度的更均勻表面，它們通常被研磨。研磨過程涉及邊緣材料的磨料去除，所述磨料去除可以給予所述邊緣材料所希望的精加工并且還使其形式成形(圓角的、倒角的、鉛筆形狀等等)。為了允許研磨和拋光步驟，必須切割大于最終所希望的尺寸的部分。盡管眾所周知并理解的是消除缺陷將增加邊緣強(qiáng)度，在形狀對邊緣強(qiáng)度的影響方面還沒有達(dá)成一致。混淆發(fā)生主要是因?yàn)椋娝苤螤钣兄谠黾优鲎矒p傷抗力和邊緣的處理。事實(shí)是邊緣形狀確實(shí)不確定如由抗彎(或彎曲)力限定的邊緣強(qiáng)度，但是缺陷大小和分布具有極大的影響。然而，成形邊緣通過產(chǎn)生更小的截面并包含缺陷來幫助改善碰撞抗力。例如，具有垂直于玻璃的兩個(gè)主表面的筆直面的邊緣在這些直角拐角處累積應(yīng)力，并且當(dāng)邊緣由另一個(gè)物體碰撞時(shí)將碎裂和斷裂。由于所累積的應(yīng)力，缺陷的大小可以相當(dāng)大，這將顯著地減弱所述邊緣的強(qiáng)度。另一方面，由于邊緣更平滑的形狀，修圓的“圓角”成形邊緣將具有更少的累積應(yīng)力和更小的截面，這有助于減少缺陷進(jìn)入邊緣的體積中的大小和穿透。因此，在碰撞后，成形邊緣應(yīng)當(dāng)具有比扁平邊緣更高的“彎曲”強(qiáng)度。由于以上討論的原因，經(jīng)常希望使邊緣不同于扁平成形并垂直于表面。這些機(jī)械切割和邊緣成形方法的一個(gè)重要方面是機(jī)器的維護(hù)程度。對于切割和研磨兩者，舊且磨損的刻紋頭或研磨輥可以產(chǎn)生能夠顯著影響邊緣強(qiáng)度的損傷，即使裸眼不能夠看到差別。機(jī)械切割和研磨方法的其他問題是它們是勞動密集型的并且需要許多研磨和拋光步驟直到最終所希望的完成，這生成許多碎片并且需要清理步驟以避免引入對表面的損傷。由激光處理進(jìn)行的燒蝕已經(jīng)用來產(chǎn)生成形邊緣。一般而言，由于低材料去除率，燒蝕激光技術(shù)傾向于緩慢，并且它們還生成導(dǎo)致剩余應(yīng)力和微裂紋的許多碎片和熱影響區(qū)。由于相同原因，邊緣的熔化和再成形還受可以使所述經(jīng)處理區(qū)域剝離的許多變形和累積熱應(yīng)力的困擾。最后，對于熱剝離或裂紋傳播技術(shù)來說，所遇到的主要問題之一是剝離不連續(xù)。由任何切割過程引起的表面下的損傷或小微裂紋和材料修改是針對玻璃或其他脆性材料的邊緣強(qiáng)度的問題。機(jī)械和燒蝕激光過程對于表面下的損傷尤其有問題。利用這些過程的邊緣切割典型地需要許多切割后研磨和拋光以便去除表面下的損傷層，從而將邊緣強(qiáng)度增加到諸如消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用所需的性能級別。概述在此描述的實(shí)施例涉及使用激光器結(jié)合離子交換浴對任意形狀的玻璃基板的邊緣進(jìn)行倒角和/或斜切的過程。本披露的一個(gè)實(shí)施例涉及一種用于產(chǎn)生倒角或斜面的方法，所述方法包括：沿著射束傳播方向觀察，將脈沖激光束聚焦成激光束焦線；以相對于所述材料的第一入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第一角的第一平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線；以相對于所述材料的第二入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第二角的第二平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線，所述第二平面與所述第一平面相交，以及通過向所述材料應(yīng)用離子交換過程10分鐘至120分鐘來沿著所述第一平面和所述第二平面分離所述材料。根據(jù)一些實(shí)施例，所分離的材料是具有至少一個(gè)倒角表面、倒角邊緣或斜面的玻璃片。根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一入射角和所述第二入射角中的至少一個(gè)不是相對于所述材料的主表面的法向角(不是90°角)。例如，如果所述材料是具有兩個(gè)主扁平表面(以及遠(yuǎn)小于所述片的寬度和長度的厚度)的玻璃片，所述第一角和/或第二角相對于所述玻璃片的所述主扁平表面的法線大于0°并且小于90°。根據(jù)一些實(shí)施例，在所述材料沿著所述第一平面和所述第二平面的分離過程中，并且所述離子交換過程被應(yīng)用于所述材料持續(xù)時(shí)間t，其中15分鐘≤t≤120分鐘。在一些實(shí)施例中，15分鐘≤t≤60分鐘，并且在一些實(shí)施例中，15分鐘≤t≤50分鐘，或甚至15分鐘≤t≤40分鐘。根據(jù)一些實(shí)施例，所述離子交換過程在400至500℃的溫度下被應(yīng)用于所述材料。根據(jù)一些實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括使所述材料經(jīng)歷第二離子交換過程，以便強(qiáng)化所述材料并且改善材料對后續(xù)損傷的抗力。本披露的一個(gè)實(shí)施例涉及一種用于產(chǎn)生倒角或斜面工件的方法，所述方法包括：沿著射束傳播方向觀察，將脈沖激光束聚焦成激光束焦線；以相對于所述工件的入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述工件中，所述角與所述工件的邊緣相交，所述激光束焦線在所述工件內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述工件內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述工件和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述角的平面在所述工件內(nèi)激光鉆出多條缺陷線；通過向所述工件應(yīng)用離子交換過程來沿著所述平面分離所述工件。根據(jù)一些實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括使所述材料經(jīng)歷第二離子交換過程，以便強(qiáng)化所述材料并且改善材料對后續(xù)損傷的抗力。根據(jù)一些實(shí)施例，一種制造倒角的和強(qiáng)化的玻璃制品的方法，包括：(i)提供玻璃制品，所述玻璃制品具有選擇輪廓和玻璃表面，以及穿孔邊緣和/或拐角；(ii)通過使所述制品經(jīng)歷第一離子交換過程(例如，持續(xù)20至60分鐘)來去除所述玻璃的鄰近于所述穿孔邊緣和/或拐角的一部分，以便完成穿孔之間的整體切割；(iii)漂洗所述玻璃制品，(iv)風(fēng)干所述漂洗的玻璃制品；以及然后(v)使所述玻璃制品經(jīng)歷第二離子交換過程以便強(qiáng)化所述玻璃制品并且改善所述玻璃制品對后續(xù)損傷的抗力。根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一離子交換過程是DIOX過程(兩級IOX交換過程)。根據(jù)一些實(shí)施例，所述第二離子交換過程是DIOX過程。根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一離子交換過程和所述第二離子交換過程是DIOX過程。附加特征以及優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)描述中予以闡明、并且部分從所述描述中對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將變得非常明顯或者通過實(shí)踐如所寫描述中描述的實(shí)施例和其權(quán)利要求書以及所附附圖很容易被識別。應(yīng)當(dāng)理解，上述概括描述和以下詳細(xì)描述本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種對材料進(jìn)行倒角的方法，包括：沿著射束傳播方向觀察，將脈沖激光束聚焦成激光束焦線；以相對于所述材料的第一入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第一角的第一平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線；以相對于所述材料的第二入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第二角的第二平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線，所述第二平面與所述第一平面相交，以及通過向所述材料應(yīng)用離子交換過程來沿著所述第一平面和所述第二平面分離所述材料，其中在所述材料沿著所述第一平面和所述第二平面的分離過程中，所述離子交換過程被應(yīng)用于所述材料且持續(xù)時(shí)間t，其中10分鐘≤t≤120分鐘。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.01.27 US 61/931,881;2014.07.10 US 62/022,885;1.一種對材料進(jìn)行倒角的方法，包括：沿著射束傳播方向觀察，將脈沖激光束聚焦成激光束焦線；以相對于所述材料的第一入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第一角的第一平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線；以相對于所述材料的第二入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第二角的第二平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線，所述第二平面與所述第一平面相交，以及通過向所述材料應(yīng)用離子交換過程來沿著所述第一平面和所述第二平面分離所述材料，其中在所述材料沿著所述第一平面和所述第二平面的分離過程中，所述離子交換過程被應(yīng)用于所述材料且持續(xù)時(shí)間t，其中10分鐘≤t≤120分鐘。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以相對于所述材料的第一入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中是引導(dǎo)到所述材料的第一表面并且以相對于所述材料的第二入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中是引導(dǎo)到所述材料的第二表面。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述材料沿著所述第一平面和所述第二平面分離以便限定倒角的邊緣。4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括：以相對于所述材料的第三入射角將所述激光束焦線引導(dǎo)到所述材料中，所述激光束焦線在所述材料內(nèi)生成誘導(dǎo)吸收，所述誘導(dǎo)吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線；以及使所述材料和所述激光束相對于彼此平移，從而沿著處于所述第三角的第三平面在所述材料內(nèi)激光鉆出多條缺陷線；其中所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面中的至少兩個(gè)相交。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述材料沿著所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面分離以便限定倒角的邊緣。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一角、所述第二角和所述第三角中的至少一個(gè)垂直于所述材料的表面。7.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中脈沖持續(xù)時(shí)間在大于約1皮秒與小于約100皮秒之間的范圍內(nèi)。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述脈沖持續(xù)時(shí)間在大于約5皮秒與小于約20皮秒之間的范圍內(nèi)。9.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中重復(fù)率在約1kHz與2MHz之間的范圍內(nèi)。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述重復(fù)率在約10kHz與650kHz之間的范圍內(nèi)。11.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述脈沖激光束具有在所述材料處測得的大于40μJ每毫米材料厚度的平均激光功率。12.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述脈沖以具有至少兩個(gè)脈沖的突發(fā)串產(chǎn)生，所述突發(fā)串由在約1納秒與約50納秒之間的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：S·馬加諾維克，D·A·帕斯泰爾，G·A·皮爾馳，J·M·奎恩塔爾，S·楚達(dá)，R·S·瓦格納，A·N·耶爾瑞，
申請(專利權(quán))人：康寧股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US