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常的曲线图案。事实上，我们所做的实验也证明了无论直线或是曲线，激光切
割都能连续地、地完成设定图案，重复性可达
+50
μ
m
。所以激光可以进行曲
线和三维图形的切割。粤铭激光行业应用解决方案应用
 
 
长远来说，激光引致的分离技术将在许多玻璃的切割应用取代机械法。近期，
激光切割已在下述的三个应用领域显示强大的技术优势，它们是：
CRTS
，平板显
示，以及汽车的风挡玻璃等的切割等。
 
 
 
有些应用需要对玻璃进行特殊的后续处理，比如，某些安全玻璃元件须经温度
硬化处理，以及多数带硅镀层的平板显示器元件必须经过温度退火等。激光引致分
离法也配合这些特殊的后处理，我们用激光法切割了
100
个
4mm
厚的玻璃片，在
特殊热处理过程，没有一片被破坏。
 
 
陶瓷激光切割技术的研究现状与思考
 
  2010-3-17 14:50:00 
来源：万方数据
 
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介绍了硬脆性陶瓷激光切割技术研究的若干新进展，
着重从工艺角度系统地分析总
结了激光加工陶瓷减少热损伤的
4
大类型：传统工艺的优化参数法、多道切割法、
应力引导控制裂纹切割法以及辅助切割法。结合实际研究经验，针对陶瓷不同薄厚
类型及三维切割需求，提出了目前该技术所需解决的主要问题及相关思考。
 
1
引言
 
   
广义上玻璃、
搪瓷、
珐琅、
釉、
水泥、
单晶或其他无机化合物都属于陶瓷的范畴。
陶瓷因具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高绝缘、无磁性、比重小、自润滑及热膨胀
系数小等的独特优点，除了在日常生活和工业生产中发挥着重要作用，正越来越多
地作为电子器件、滑动构件、发动机制件、能源构件等应用材料，在机械、化工、
电子以及航空航天等一些尖端科技领域中显示出巨大的应用需求和优势潜力。
但其
硬度高、脆性大、抗热震性与重现性差等致命弱点严重阻碍了该类材料工程化的推
广应用。目前通过组分复合
(
如陶瓷基复合材料
)
和成型工艺可以在一定程度上提高
陶瓷的可加工性和达到部分结构设计要求，
但还远远不能满足实际陶瓷零构件的使
用需求，多数情况下仍需要进行修整加工，以提高陶瓷零构件的形状和尺寸精度，
满足机械结构相互灵活配合的目的。其中，切割即是陶瓷零构件加工中一个必不可
少的基本手段。激光切割技术因其具有非接触性、柔性化、效率高及易实现数字化
控制等特点，一直以来颇受青睐，人们寄希望于这种高能束加工方法可以象对待金
属材料的切割一样，很好地完成陶瓷的无损切割。
 
2
陶瓷激光切割技术特点及现行主要方法
 
   
以激光作为加工能源，
在硬脆性陶瓷加工方面的发展潜力已见端倪：
它可以实现
无接触式加工，减少了因接触应力对陶瓷带来的损伤；陶瓷对激光具有较高的吸收
率
(
氧化物陶瓷对
10.6μm
波长激光的最高吸收率可达
80
％以上
)
，聚焦的高能激光
束作用于陶瓷局部区域的能量可超过
108J/cm
2
，瞬间就可使材料熔化蒸发，实现高
效率加工；由于聚焦光斑小，产生的热影响区小，可以达到精密加工的要求；激光
的低电磁干扰以及易于导向聚焦的特点，方便实现三维及异形面的特殊加工要求。
激光器的种类很多，以激光光束质量、材料对热源的高吸收效率以及适应产业化发
展需求的标准来衡量，
CO
2
激光热加工仍为陶瓷切割的主要手段。激光切割的难易
程度由材料的热物理性质决定，由于陶瓷是由共价键、离子键或两者混合化学键结
合的物质。晶体间化学键方向性强，因而具有高硬度和高脆性的本征特性。相对于
金属材料，即使是高精密陶瓷，其显微结构均匀度亦较差，严重降低了材料的抗热
震性，常温下对剪切应力的变形阻力很大，极易形成裂纹、崩豁甚至于材料碎裂。
因此，
高效无损伤激光切割陶瓷类高硬脆无机非金属材料一直是一个诱人的且亟待
解决的问题。总结近
20
年来激光加工陶瓷技术的研究发现，陶瓷的激光切割技术
主要包括传统工艺的优化参数法、多道切割法、应力引导控制裂纹切割法以及辅助
切割法四大类。
 
2.1
传统工艺的优化参数法
 
   
该类方法基本借鉴金属材料激光加工的成熟工艺，
仅通过优化工艺参数来实现加
工目的。研究发现针对不同材料需要采用不同的激光激励方式，对于大多数陶瓷，
脉冲激光切割方式是较好的选择，
连续激光切割方式一般更适用于其中的薄片状玻
璃切割。提高脉冲激光输出的峰值功率、降低脉宽至纳秒量级、减少重复频率、降
低切割速度是该类方法有效减少激光输入对材料产生的过热影响，
抑制裂纹产生的
基本工艺规律。
在无损切割速度的研究中，
G.Lu
等给出了激光功率、
切割速度和材
料厚度之间的关系式：
P
≥
1.7810
11
t
2.41
v
，指出对于一定厚度
t
的材料，存在一个最
大切割速度
v
。要提高切割速度，实验证明在相同激光功率条件下，采用线聚焦方
式的切割速度可比点聚焦方式提高
5
倍以上，
线聚焦更好地增大了切割方向的热输
入量，并减少了垂直于切割方向的热影响区。
 
   
在优化参数的基础上，对相关加工附件
(
包括夹具
)
的改进也是该研究方法的一个
突破点。激光加工中辅助气体的超音速气流可有效减少热积累，抑制切割过程中的
裂纹产生，但是超音速气流的气压大，作用在被加工材料上会产生类似于刀具加工
的接触应力。通过对超音速喷嘴的创新改进，可使作用于材料表面的气体净压力为
零，达到抑制机械压力损伤的目的。使用图
1
所示
F.Quintero
等提出非同轴送气方
式在激光切割厚氧化物陶瓷中，
会由于比同轴送气更高的气体利用率而产生更好的
冷却效果，切缝断面无裂纹，底部无挂渣
(
图
2
所示
)
。采用真宅吸盘固定硬脆性陶
瓷可以保持工件在激光加工过程中的受力均匀，
减少因夹持预应力而增大材料产生
裂纹乃至断裂的概率。

3
陶瓷激光切割技术所面临的问题与思考
 
   
硬脆性陶瓷类非金属材料激光切割技术的研究从未停步，
但目前还没有一项能够
真正满足大批量企业化生产的高效率激光加工方法。
新型产业对陶瓷需求的日益增
长，更是敦促先进的陶瓷可加工技术大步发展的良好契机，机遇与挑战同在。
 
   
从加工工艺而言，
陶瓷加工的第一步必须确定合理的激光输出方式。
激光激励的
基本方式有两种：连续输出和脉冲输出。两种输出方式针对不同类型的陶瓷各有发
挥所长之处，需要综合考虑切割质量和切割速度。通常连续输出适用于玻璃、有机
玻璃等非晶态非金属材料。
脉冲输出方式则多适用于陶瓷等多晶或单晶材料。
此外，
厚度、
密度等无疑也是需要考虑的重要影响因素。
无损切割是陶瓷加工的首要目标，
针对材料的不同特征，侧重点各有不同。按照陶瓷构件及陶瓷器件的发展趋势，陶
瓷激光加工所面临的问题与思考略述如下。
nextpage
3.1
薄型陶瓷的激光精密切割
 
   
应用于微电子、生物等领域的陶瓷类无机非金属材料的厚度一般在
1mm
左右。
该类材料多称为精细陶瓷，高密度高质量，几无烧结缺陷。采用激光对该类材料的
加工，通过调整激光工艺参数，重点降低激光输出占空比，以在保证材料切断的前
提下尽量降低激光输出的平均功率。同时提高激光切割速率
(
对于非晶态的玻璃材
料，
甚至可以采用连续激光切割方式
)
，
并使用较大气压值的辅助气体进行吹除，
可
以达到切口整洁无裂纹的无损切割。要解决的关键问题是如何保证切割的精细度，
包括加工定位精度、切缝的精密度等。如图
5
所示片状微电子线路基板上的引脚制
孔，切割定位精度需要达到几十微米。
 
 
图
5
微电子线路基板引脚的激光切割制孔
 
   
金属材料激光加工中，
往往可以通过采用电容式传感器的高度调节系统来保证切
割头与工件的距。离严格一致。但绝大多数陶瓷类非金属材料具有高的电绝缘性，
激光头所带高度调节不起作用。因此，现行激光加工系统在应用于陶瓷类材料加工
时，大多需要改进、设计新的定位装置或反馈系统。新开发的
“
激光精细加工非同
轴显微定位
”
装置无需改变激光加工系统原有结构，直接装配于激光头，装卸灵活，
定位精度可达加工机床精度，应用于
1mm
高硼硅玻璃微流控封装器件的加工取得
了良好效果，其无损切割制孔阵列，单孔绝对定位精度约

     
裂纹是厚型陶瓷类材料激光切割所需解决的最大问题。
热量注入导热性差的厚板
材料中，会产生很大的热应力积累，在应力特别是非平衡分布应力的作用下，极易
导致裂纹产生。需要说明的是，这里的
“
厚型
”
有一定的数值范围：应用于机械工程
领域实用成形陶瓷类非金属零构件的材料厚度一般均超过
1mm
，
多为几毫米乃至十
几毫米，
厚度超过
20mm
以上的陶瓷类材料，
特别是具有高密度低缺陷的该类材料，
从现行烧结制备工艺来说也是难度极大。厚型陶瓷类材料的制备，往往会伴随密度
的下降，而密度的下降将会明显降低激光切割的难度。因此针对实际应用意义，该
领域激光加工技术的研究重点可放在厚度
20mm
以下的陶瓷无损切割。
厚型陶瓷类
材料的加工往往对切缝精密度的要求不高。
但其加工损伤将随陶瓷厚度的增加而愈
发严重，其无损切割难度已成为制约激光切割陶瓷技术发展的瓶颈。该类材料的切
口断面往往有一层熔凝层，经显微分析，重凝层的厚度仅在
20mm
左右，而断面裂
纹则分布于熔凝层上。陶瓷的硬脆特性使得这一熔凝层结构疏松且极易脱落，其上
裂纹并不渗入基体材料，对基体材料没有不良影响。如图
7(a)
所示左半部分是重凝
层区域，右侧上方白色箭头所示为重凝层脱落后的基体材料。因此相比薄型材料，
该类硬脆性厚型陶瓷激光切割研究的重点应放在垂直于切缝的工件表面裂纹的产

 
   
按照热传导基本原理对硬脆性陶瓷激光切割中的热效应行为进行了分析。
发现现
行
“
脉冲激光连续走刀
”
方式在薄型陶瓷类材料切割中的成功，是由于材料在高能激
光作用下的迅速穿透，
个数有限的脉冲对材料表面温升的影响可以近似等同于单个
脉冲，脉冲问隙足以保证温度的冷却，从而抑制了因热应力作用而产生的裂纹；但
对于该类厚型材料，脉冲数的增加对材料温升的影响无法忽略，且连续走刀的扫描
方式也无法有效减弱激光束前一个加工点的残余热量对后一个加工点的累积效应，
这种热积累效应将随加工路径的延长、
加工路径拐点的出现而加剧，
尤易造成曲线、
角形等内轮廓的切割失败。特别是在每次
“
连续走刀
”
没有穿透切缝的情况下，更会
由于熔化材料的反冲塞效应、凝渣的堆积、辅助气氛仅局限于辐照面浅层区域的有
限冷却作用，
而增加这种热积累效应及随之的应力分布失衡，
导致裂纹出现。
因此，
对该类材料的切割，仅采取工艺调整是不够的，还需要开发新的工艺。
 
3.3
陶瓷的激光三维切割
 
   
就陶瓷本身而言，
其在烧结过程中的高收缩率增大了陶瓷结构件的制成难度。
激
光切割对材料几乎不产生机械冲击和压力，且定位灵活，为实现陶瓷零构件的三维
加工提供了广阔的发展空间。
实现陶瓷激光三维切割的前提是解决好本文所提的前
两个问题，但陶瓷切割中，往往一个点的显微裂纹就会引致整个陶瓷件的崩裂，因
此，要真正实现可实用的陶瓷激光三维切割还有很长的路要走。针对陶瓷的热物理
性质，可以预见的问题应涉及：离焦量随工件表面变化实时调节控制的问题，复杂
切割路径的热扩散问题，
激光束穿透工件单面对相对面的热损伤问题以及激光关光
点处应力断裂的控制问题等。
 
4
结论
 
   
随着陶瓷应用领域的不断扩大，
激光在陶瓷加工方面的巨大潜力日趋显现。
激光
加工方法尤其适合于常规方法不适用和不经济的方法，
在硬脆性陶瓷类材料加工方
面已体现出强大的发展潜力。但由于陶瓷本征的硬脆特性，使得该技术的发展中还
存在许多亟待解决的问题。随着实验研究的广泛深入开展，对陶瓷激光加工的作用
机制更需要得到理论上的论证和支持，根据该类材料的个性差异，系统开展有关工
艺及机制的规范研究具有重要意义。

•  玻璃切割视觉对位系统

•  机器视觉检测系统

项目名称 朔料瓶缺陷检测系统，以下简称系统
项目简述 本系统使用高速大分辨率CCD相机、特制光源及的机器视觉软件，用于检测朔料瓶的污点、缺胶及毛刺等待缺陷，并控制设备剔除不良产品，保证出厂产品的合格率。
系统工作流程
简介 1， 安装示意图
  






2， 塑料瓶到检测位时，PLC触发检测系统
3， 系统在时间1检测
a) 第1个塑料瓶的瓶口及第1平面
4， 系统在时间2检测：
a) 第1个塑料瓶的第2平面
b) 第2个塑料瓶的瓶口及第1平面
5， 系统在时间3检测：
a) 第1个塑料瓶的第3平面
b) 第2个塑料瓶的第2平面
c) 第3个塑料瓶的瓶口及第1平面…
功    能    需    求
1，3个500百万千兆网CCD相机，用于检测塑料瓶表面汅点和缺料。水平安装，相机安装角度为0度、120度及240度，每个相机检测塑料瓶1/3表面缺陷，约精度约为0.04mm。
2，1个500百万千兆网CCD相机，用于检测瓶口毛刺。垂直安装，方向向下。精度约为0.02mm。
3，镜头4个。3个用于表面检测，视场90mmX90mm。1个用于瓶口检测，视场40mm*40mm。
4，特制光源4只，光源控制器4只。
5，瓶间距为50mm。
6，相机电源4只，千兆网线4根。
7，系统一套。
注：
1， 用130万相机拍摄图像，容易发生汅点检测不到的情况，所以改500万相机

镜头实拍图

• 

   折射镜头

• 

  远心镜头 

XYY精密对位平台主要应用在曝光机、光罩印刷机、PCB钻孔机、切割机、贴片机、网版印刷机等