一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法技术

本发明专利技术提供了一种化学盐膜辅助正面刻蚀石英玻璃的方法，属于特种加工领域。本发明专利技术涉及到的加工方法主要分为四步：(1)用电热丝对石英玻璃进行加热，并在石英玻璃上表面缓慢添加饱和硫酸铜溶液，在石英玻璃表面的溶液中不断析出硫酸铜晶体，直到在石英玻璃表面形成一层很薄的均匀的化学盐膜；(2)在激光器工作台上装夹好石英玻璃，并确定激光刻蚀石英玻璃的激光系统工艺参数；(3)确定激光扫描路径和扫描速度；(4)激光按照扫描路径刻蚀表面带有化学盐膜的石英玻璃。该方法主要是以化学盐膜辅助吸收激光能量，避免了激光束透过石英玻璃，实现固体激光器发出的激光束能在石英玻璃上表面进行刻蚀。本发明专利技术所提供的方法，可实现在石英玻璃表面上刻蚀出的凹槽表面不存在明显的熔渣及崩边现象，且表面光滑、清洁，得到了良好的加工效果。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法，属于特种加工的应用领域。
技术介绍
：石英玻璃由于硬度高、热性能好、耐酸碱、高绝缘性、对各波段的光透射率高和良好的化学稳定性等一系列优异的物理化学性能成为光电子、微电子、光学以及光纤行业的重要材料，随着现代科学技术的发展，石英玻璃的加工精度和表面质量都有非常高的要求，但是由于石英玻璃属于硬脆材料，脆性高，韧性低，所以该材料的加工较困难，用传统的加工方法如化学腐蚀法、等离子刻蚀法、机械切割法、机械研磨和抛光、热气流切割法、超声落料、磨料喷射法等都有各自的优点，但是普遍存在精确控制性查、去蚀率相对较低等缺点。激光刻蚀技术是一种无接触、无切削力、热影响小的加工方法，它具有加工质量优、效率高、加工范围广、清洁、经济效益好、易于实施自动化控制、能实现柔性加工和智能加工等特点，解决了传统加工工艺无法解决的难题，然而激光刻蚀也存在一些问题，固体激光器采用等离子体背部湿刻石英玻璃虽然精度较高，但是其刻蚀深度较浅，刻蚀速率低；而采用等离子体背部干刻石英玻璃，刻蚀深度较大，但由于是从石英玻璃的背面进行刻蚀的，故无法通过辅助气体或者辅助液体及时去除刻蚀过程中产生的熔渣，故刻蚀表面残留较多的熔渣，且存在严重的崩边现象，这将直接影响石英玻璃的表面加工质量。
技术实现思路
：为了克服激光刻蚀过程中存在的问题，本专利技术通过在石英玻璃表面覆盖一层化学盐膜，实现大部分固体激光束能量能够在石英玻璃的上表面被吸收，从而实现在石英玻璃上表面直接刻蚀。本专利技术所述一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法，该方法包括：(1)在石英玻璃表面制作一层化学盐膜；(2)在激光器工作台上装夹好石英玻璃，并确定激光刻蚀石英玻璃的激光系统工艺参数；(3)确定激光扫描路径和扫描速度；(4)激光按照扫描路径在石英玻璃的带有化学盐膜的上表面进行刻蚀。在本专利技术中，石英玻璃激光单次扫描后的微观形貌为“U”形槽。在本专利技术中，激光脉冲宽度为0.6～1.7ms，激光的电流强度为150～250A，距离石英玻璃上表面的离焦量为1mm～2mm,脉冲重复频率在30～60HZ，激光扫描速度为0.4～1.0mm/s。在本专利技术中，激光扫描路径为圆弧型。在本专利技术中，激光开始加工的过程中，要通辅助气体空气，主要是为了及时吹除刻蚀过程中产生的熔渣，从而避免影响加工效果。工作原理：(1)去除熔渣的机理：通过在石英玻璃上制作一层化学盐膜吸收激光束绝大部分的能量，避免了激光束透过石英玻璃，实现激光束在石英玻璃的上表面进行刻蚀。本专利技术具有的有益效果：(1)在石英玻璃表面制作一层化学盐膜可以大大提高激光束能量在石英玻璃上表面的吸收率，实现了激光束在石英玻璃上表面进行直接刻蚀，避免了激光束在透过石英玻璃进行背面刻蚀过程中的能量损失；(2)实现激光从上表面进行直接刻蚀，方便了通过气体及时吹除刻蚀过程中产生的熔渣，使得刻蚀表面更加清洁；(3)激光的高能量能够实现快速刻蚀材料，得到所需的凹槽。附图说明：图1为本专利技术加工方法所需的装置结构图。【附图符号说明】1、激光加工平台；2、石英玻璃试样3、化学盐膜4、辅助气体空气；5、聚焦镜；6、激光束；7、反射镜；8、激光头；图2为本专利技术实施一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法流程图。图3为本专利技术实施的激光扫描路径为环型路径。【附图符号说明】1、扫描路径开始点；2、扫描路径结束点具体实施方式：为了使本专利技术的技术方案能够更加清晰地表示出来，下面结合附图，选择合理的激光系统工艺参数，对本专利技术作进一步说明。请参阅图2，一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法，包括：(1)在石英玻璃表面制作一层化学盐膜：石英玻璃片尺寸为50x50x3mm，把石英玻璃固定在支架上，通过电阻丝对石英玻璃进行加热，并在石英玻璃上表面逐渐添加饱和硫酸铜溶液，石英玻璃表面的溶液中会析出硫酸铜晶体，直至石英玻璃上表面形成一层均匀的化学盐膜；(2)在激光器工作台上装夹好石英玻璃，并确定激光刻蚀石英玻璃的激光系统工艺参数：将石英玻璃固定在工作台的夹具上，使得激光加工部位在石英玻璃的中心位置，正常启动空气开关和激光器开光，激光器为500W的Nd3+：YAG激光器，把激光脉冲宽度调为0.6～1.7ms，激光的电流强度为150～250A，距离石英玻璃底面的离焦量为1mm～2mm,脉冲重复频率在30～60HZ，激光扫描速度为0.4～1.0mm/s；(3)确定激光扫描路径和扫描速度：选择激光刻蚀的扫描速度为0.5mm/s，扫描路径为圆弧，如图3所示圆弧型路径具体为：激光从外向内扫描，外围圆弧扫描结束则关闭激光，再横向进给一个行间距，然后开启激光重新进行扫描加工，如此重复进行，直至扫描结束；加工过程结束。通过上述步骤可以方便的实现在石英玻璃上表面刻蚀凹槽，在石英玻璃上表面覆盖一层化学盐膜辅助吸收激光束能量，提高了刻蚀的速率以及石英玻璃的刻蚀表面加工质量。以上所述仅表达了本专利技术的一种实施方式，其表述比较详细，但是不可以理解为对本专利技术专利范围的限制，需要说明的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以作任何形式的修改，因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法，其特征在于，包括：(1)在石英玻璃表面制作一层化学盐膜；(2)在激光器工作台上装夹好石英玻璃，并确定激光刻蚀石英玻璃的激光系统工艺参数；(3)确定激光扫描路径和扫描速度；(4)激光按照扫描路径在石英玻璃的带有化学盐膜的上表面进行刻蚀。

【技术特征摘要】
1.一种化学盐膜辅助激光正面刻蚀石英玻璃的加工方法，其特征在于，包括：(1)在石英玻璃表面制作一层化学盐膜；(2)在激光器工作台上装夹好石英玻璃，并确定激光刻蚀石英玻璃的激光系统工艺参数；(3)确定激光扫描路径和扫描速度；(4)激光按照扫描路径在石英玻璃的带有化学盐膜的上表面进行刻蚀。2.根据权利要求1所述的化学盐膜辅助激光正面...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁根福，丛启东，章辰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32