×
19.01.2019
219.016.b19f

СПОСОБ РЕЗКИ СТЕКЛА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области прецизионной микрообработки материалов, в частности к способу резки стекол при помощи гребенки лазерных импульсов фемтосекундной длительности, и может быть использовано для прецизионной резки стекла на предприятиях и в научно-исследовательских центра. Способ резки стекла включает формирование гребенки фемтосекундных лазерных импульсов, характеризующейся межимпульсным интервалом, создание данными гребенками линии из дефектов структуры стекла в объеме стекла и разлом стекла. Гребенку фемтосекундных лазерных импульсов формируют с помощью интерферометра, а межимпульсный интервал, определяемый толщиной интерферометра, составляет 10-70 пс. Изобретение позволяет ускорить процесс резки стекла за счет уменьшения количества стадий. 4 пр., 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области прецизионной микрообработки материалов, в частности, к способу резки стекол при помощи гребенки лазерных импульсов фемтосекундной длительности и может быть использовано для прецизионной резки стекла на предприятия и в научно-исследовательских центра.

Наиболее распространенным в производстве способом резки стекла является резка алмазом. В данном методе алмазом на поверхности стекла создается царапина заданной геометрии. Далее за счет приложения изгибающего напряжения к стеклу, трещина, располагающаяся под царапиной, распространяется вглубь образца, и происходит разлом стекла. При этом края скола обладают низким качеством, наличием микротрещин, большой шириной пропила. Этим методом практически невозможна резка тонких образцов.

Распространенным методом резки лазерным излучением является метод термораскалывания. В данном методе сначала происходит разогрев поверхности и приповерхностного стекла сфокусированным лазерным пучком. При этом стекло расширяется и возникают напряжения растяжения, которые усиливаются дальнейшим воздействием расфокусированного пучка. В результате происходит образование трещины во всю толщину стекла.

Другим активно развивающимся методом является резка с помощью лазерной абляции. В основе данного метода лежит испарение обрабатываемого материала за счет линейного поглощения лазерной энергии и последующего нагрева поверхности. Применяются, как правило, эксимерные лазеры, работающие в УФ диапазоне, и СО2-лазеры, работающие в ИК диапазоне. Данный способ также обладает рядом недостатков: низкая скорость обработки, образование трещин, оплавление соседних с областью резки участков стекла, меньшая по сравнению с алмазом, но все равно достаточно большая ширина пропила, необходимость линейного поглощения материала на длине волны лазера. Для уменьшения ширины пропила в случае лазерной обработки применяют комбинированные методы, включающие в себя лазерное нагревание и параллельное охлаждение струей воды [US 5609284, US 6787732].

Улучшение параметров резки получают за счет использования импульсных лазеров. За счет высокой пиковой интенсивности в области фокусировки происходят процессы нелинейного поглощения. Такой механизм снимает ограничения на длину волны используемого лазера, что позволяет фокусировать излучение в пятно микронного и субмикронного масштаба, отсюда повышенная прецизионность резки. В то же время в результате использования данного метода по-прежнему формируются микротрещины и происходит засорение поверхности аблировавшим материалом поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки материала лазерным пучком, представленный в [K. Mishik, Ultrashort pulse laser cutting of glass by controlled fracture propagation, 2016], состоящий в модифицировании стекла гребенками лазерных импульсов фемтосекундной длительности с частотой следования импульсов внутри гребенки 25 нc.

Указанный прототип обладает рядом достоинств: при модифицировании стекла в таком режиме реализуется механизм аккумуляции тепла, при котором тепло, возникшее в фокальной точке при воздействии лазером на стекло, не успевает рассеяться до следующего импульса в гребенке. Таким образом, в ходе облучения происходит непрерывный рост температуры. Это позволяет избавиться от напряжений, неизбежно сопутствующих модифицированию структуры стекла.

Обратной стороной эффекта аккумуляции тепла является оплавление границ модификации, что приводит к заплавлению микротрещин, лежащих в основе хрупкости стекла, таким образом, препятствуя последующему разлому образца стекла. В указанном прототипе процесс резки состоит из трех стадий: сначала со скорость 1 мм/сек «выжигается» линия на поверхности стекла, затем с той же скоростью создается линия в объеме стекла. Далее к образцу прикладывается изгибающее напряжение и происходит разлом стекла. Такая многостадийность существенно замедляет процесс. Оптимальная скорость резки, выявленная авторами, составляет 2 мм/сек.

Использование гребенок фемтосекундных импульсов с межимпульсным интервалом порядка пс позволяет существенно повысить эффективность процесса резки стекол. Известно, что при взаимодействии лазерного импульса со стеклом возникает ударная волна [A. Mermillod-Blondin, Dynamics of femtosecond laser induced void-like structures in fused silica], создающая разряжение в модифицируемой области, которое растет в субнаносекундном масштабе. При этом, если лазерный импульс взаимодействует с модифицированной областью в момент возникновения разряжения, происходит увеличение количества стабильных дефектов структуры, приводящих к образованию необходимых для успешной резки микротрещин.

Задачей настоящего изобретения является ускорение процесса резки стекла за счет уменьшения количества стадий.

Поставленная задача решается способом резки стекла, включающим формирование гребенки фемтосекундных лазерных импульсов, характеризующейся межимпульсным интервалом, создание данными гребенками линии из дефектов структуры стекла в объеме стекла и разлом стекла, при этом гребенку фемтосекундных лазерных импульсов формируют с помощью интерферометра, а межимпульсный интервал, определяемый толщиной интерферометра, составляет 10-70 пс.

Для резки стекла применялась установка (Фиг. 1) на основе фемтосекундного лазера (1) с рабочей длиной волны 1030 нм. Лазерные импульсы длительностью 180 фс и энергией 4 мкДж пропускались через интерферометр (2), представляющий собой пластину стекла с отражающими покрытиями на обеих поверхностях (коэффициент отражения 0,75), для создания гребенки импульсов. В зависимости от толщины использованного интерферометра (1 мм, 2 мм, 4 мм, 7 мм) изменялось расстояние между импульсами внутри гребенки (10 пс, 20 пс, 40 пс, 70 пс). Далее излучение фокусировалось в объем стекла (образец) (4) объективом (3) с числовой апертурой 0,15 на глубину 10 мкм. Запись линий, формируемых в результате воздействия гребенок импульсов на стекло, осуществлялась с помощью перемещения образца, установленного на трехкоординатный стол (5), относительно неподвижного лазерного пучка со скоростью от 1 до 2 мм/сек.

Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами. За оптимальную скорость записи линии принималась такая скорость, при которой разлом образца проходил строго по записанной линии.

Пример 1

С помощью интерферометра толщиной 1 мм была сформирована гребенка фемтосекундных лазерных импульсов с межимпульсным интервалом 10 пс, длительность фемтосекундного импульса составила 180 фс, энергия гребенки импульсов составила 1 мкДж. Далее с помощью объектива с числовой апертурой 0,15 гребенка импульсов была сфокусирована в объем образца стекла, установленного на трехкоординатном столе. С помощью перемещения образца относительно неподвижного лазерного пучка в объеме стекла была сформирована линия со скоростью 1,7 мм/сек. После этого был проведен разлом стекла.

Пример 2

С помощью интерферометра толщиной 2 мм была сформирована гребенка фемтосекундных лазерных импульсов с межимпульсным интервалом 20 пс, длительность фемтосекундного импульса составила 180 фс, энергия гребенки импульсов составила 1 мкДж. Далее с помощью объектива с числовой апертурой 0,15 гребенка импульсов была сфокусирована в объем образца стекла, установленного на трехкоординатном столе. С помощью перемещения образца относительно неподвижного лазерного пучка в объеме стекла была сформирована линия со скоростью 1,5 мм/сек. После этого был проведен разлом стекла.

Пример 3

С помощью интерферометра толщиной 4 мм была сформирована гребенка фемтосекундных лазерных импульсов с межимпульсным интервалом 40 пс, длительность фемтосекундного импульса составила 180 фс, энергия гребенки импульсов составила 1 мкДж. Далее с помощью объектива с числовой апертурой 0,15 гребенка импульсов была сфокусирована в объем образца стекла, установленного на трехкоординатном столе. С помощью перемещения образца относительно неподвижного лазерного пучка в объеме стекла была сформирована линия со скоростью 1,5 мм/сек. После этого был проведен разлом стекла.

Пример 4

С помощью интерферометра толщиной 7 мм была сформирована гребенка фемтосекундных лазерных импульсов с межимпульсным интервалом 70 пс, длительность фемтосекундного импульса составила 180 фс, энергия гребенки импульсов составила 1 мкДж. Далее с помощью объектива с числовой апертурой 0,15 гребенка импульсов была сфокусирована в объем образца стекла, установленного на трехкоординатном столе. С помощью перемещения образца относительно неподвижного лазерного пучка в объеме стекла была сформирована линия со скоростью 1 мм/сек. После этого был проведен разлом стекла.

Выводы

Как видно из приведенных выше примеров, использование гребенок фемтосекундных импульсов с межимпульсным расстояние от 10 до 70 пс позволяет уменьшить количество стадий резки стекла до двух: 1) нанесение линии разлома на поверхности образца в один проход, 2) разлом образца. Применение гребенок импульсов в резке стекла позволило увеличить скорость процесса на 15-50%.

Способ резки стекла, включающий формирование гребенки фемтосекундных лазерных импульсов, характеризующейся межимпульсным интервалом, создание данными гребенками линии из дефектов структуры стекла в объеме стекла и разлом стекла, отличающийся тем, что гребенку фемтосекундных лазерных импульсов формируют с помощью интерферометра, а межимпульсный интервал, определяемый толщиной интерферометра, составляет 10-70 пс.
СПОСОБ РЕЗКИ СТЕКЛА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 14 items.
13.01.2017
№217.015.8bf2

Люминесцирующий стеклокристаллический материал

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам, которые могут использоваться в качестве активной части конверторов в видимую область спектра УФ излучения солнечно-слепого диапазона. Технический результат изобретения - создание прозрачного стеклокристаллического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604614
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.b7ba

Способ получения легкоплавкой стеклокомпозиции

Изобретение относится к легкоплавким стеклокристаллическим композиционным материалам для вакуумплотного низкотемпературного спаивания корундовой керамики. Технический результат – повышение механической прочности получаемых спаянных изделий и повышение технологичности получения стеклокомпозиций....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614844
Дата охранного документа: 29.03.2017
25.08.2017
№217.015.bdd3

Способ локальной кристаллизации стекол

Изобретение относится к области оптического материаловедения. Технический результат – получение однородных кристаллических линий в объеме стекла. Локальная кристаллизация стекол проходит под действием фемтосекундного лазерного излучения. Пучок лазера пропускают через призматический телескоп или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616958
Дата охранного документа: 18.04.2017
26.08.2017
№217.015.dcdf

Способ изготовления массивов кобальтовых нанопроволок

Изобретение относится к изготовлению массивов кобальтовых нанопроволок в порах трековых мембран. Способ включает электроосаждение кобальта в поры трековых мембран из электролита, содержащего CoSO⋅7HO - 300-320 г/л, HBO - 30-40 г/л, при рН 3,5-3,8 и температуре 40-45°С. Электроосаждение проводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624573
Дата охранного документа: 04.07.2017
29.12.2017
№217.015.f413

Фосфатное стекло и способ его получения

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам. Стекло содержит следующие компоненты, мас.%: PO 58,00-70,00; KO 8,50-18,50; AlO 7,10-8,90; ВаО 9,80-11,50; BO 3,70-5,20; SiO 1,80-2,30; SnO 1,10-1,25 Au 0,005-0,02 (сверх 100%). При подготовке шихты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637676
Дата охранного документа: 06.12.2017
20.01.2018
№218.016.142b

Замещенные 3-(3-пиридил)изоксазолидины, обладающие фунгицидной активностью

Изобретение относится к замещенным 3-(3-пиридил)изоксазолидинам общей формулы I, где R означает фенил или 4-хлорфенил, R означает атом водорода или 4-фторфенил, R означает карбэтокси-группу. Технический результат – 3-(3-пиридил)изоксазолидины, обладающие фунгицидной активностью. 3 табл., 3 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634717
Дата охранного документа: 03.11.2017
13.02.2018
№218.016.22f1

Насыпная насадка для массообменных колонн

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии, а именно к насыпным насадкам для массообменных колонн, и может быть использовано в качестве контактного устройства в химико-технологических процессах ректификации, абсорбции, химического обмена, осуществляемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641920
Дата охранного документа: 23.01.2018
13.02.2018
№218.016.243d

Насыпная насадка для массообменных колонн

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии, а именно к насыпным насадкам для массообменных колонн, и может быть использовано в качестве контактного устройства в химико-технологических процессах ректификации, абсорбции, химического обмена, осуществляемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642572
Дата охранного документа: 25.01.2018
04.04.2018
№218.016.34ec

Насыпная насадка для массообменных колонн

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии, а именно к насыпным насадкам для массообменных колонн, и может быть использовано в качестве контактного устройства в химико-технологических процессах ректификации, абсорбции, химического обмена и пр., осуществляемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646076
Дата охранного документа: 01.03.2018
13.12.2018
№218.016.a696

Люминесцирующая стеклокерамика

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим оксидным материалам. Люминесцирующая стеклокерамика, содержащая следующие компоненты, мас.%: LiO 0,03-2,94; NaO 0,06-5,77; GaO 26,5-53,5; SiO 9,9-17,3; GeO 31,2-54,1; TiO сверх 100% 0,04-3,9. Технический результат заключается в получение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674667
Дата охранного документа: 12.12.2018
Showing 1-10 of 33 items.
10.10.2013
№216.012.728c

Стеклокристаллический материал

Изобретение относится к легированным прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые могут использоваться в качестве активной среды лазеров и усилителей в ближней ИК области. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры синтеза прозрачного люминесцирующего в ближней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494981
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.10.2013
№216.012.75e0

Люминесцирующее кварцевое стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам активированных стекол, полученных золь-гель способом, которые могут использоваться в качестве активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей, функционирующих в области максимальной спектральной эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495836
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.01.2014
№216.012.9b6a

Способ получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии

Настоящее изобретение относится к области медицины, в частности к способу получения микрошариков с модифицированной поверхностью из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии. Техническим результатом изобретения является получение микрошариков для радиотерапии, поверхностный слой которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505492
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.11.2014
№216.013.0aaa

Люминесцирующее стекло (варианты)

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к плавленому алюмоборатному стеклу, активированному трехзарядными ионами церия (Се) и тербия (Tb), которое может использоваться в качестве визуализатора ультрафиолетовых изображений и светового трансформатора из ультрафиолетовой в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534138
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.04.2015
№216.013.42f0

Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в ближней инфракрасной области спектра. Техническим результатом изобретения является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548634
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.42f4

Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам алюмоборатных стекол, которые могут использоваться в качестве преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548638
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.05.2015
№216.013.4aab

Способ локальной нанокристаллизации галлийсодержащих оксидных стекол

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу локальной нанокристаллизации легированных стекол под действием лазерного излучения. Эти стекла могут быть использованы в качестве активных волноводов и в разработке интегральных усилителей и лазеров на их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550622
Дата охранного документа: 10.05.2015
27.11.2015
№216.013.94c4

Способ получения оптического ситалла

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к оптически прозрачным стеклокристаллическим материалам литийалюмосиликатной системы. Техническим результатом изобретения является получение оптически прозрачного в видимой области спектра ситалла со стабильной близкой к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569703
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.03.2016
№216.014.beb5

Люминесцирующее фосфатное стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в ближней инфракрасной области спектра. Задачей предлагаемого изобретения является создание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576761
Дата охранного документа: 10.03.2016
27.03.2016
№216.014.db26

Способ локальной кристаллизации лантаноборогерманатного стекла

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу выращивания микрокристаллических каналов в прозрачных и окрашенных стеклах под действием лазерного пучка для задач интегральной оптики. Изобретение позволяет получить кристаллические линии с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579080
Дата охранного документа: 27.03.2016
+ добавить свой РИД