消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法

摘要

本发明涉及一种消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法。消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)将CO

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法。

背景技术

随着电子和特种玻璃等行业的发展，如各类平板显示器基板玻璃和太阳能电池用玻璃，它们对玻璃的要求越来越高。玻璃制品需要反复加热到高温进行处理，这时在热应力的作用下玻璃板边缘的微裂纹很容易扩展而导致整个板面的破裂。而现行的玻璃的切割一般采用金刚石刀具或硬质合金刀轮在玻璃表面划出一道刻痕，最后用断裂设备折断。这种方法不可避免的在玻璃边缘产生微小裂纹，使玻璃的强度大幅下降，只能达到理论数值的1/2～1/3。

在玻璃制品运输和加工过程中，许多因素可导致沿其边缘开始的破裂。并且由于锋利边缘的存在，很容易导致伤人事故的发生。为了提高玻璃的强度和安全性，有必要对切割后的玻璃断面进行钝化处理。

常用玻璃处理方法如机械抛光和化学抛光，虽然不同程度的减少了断面微裂纹，提高了玻璃的强度，但对提高玻璃强度的效果不明显，急需寻求新的玻璃钝化处理方法。激光技术应用于切割和焊接薄金属板已有30多年的历史，通过聚焦光束局部加热材料而进行切割或焊接。这种方法灵活性好，经济效益高，在许多行业得到广泛的应用。

目前，为了避免因激光辐射引起的较大温差而导致玻璃热炸裂，需将玻璃预热至500-600℃，工艺复杂、加工成本高，且主要用于块体石英玻璃处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，该方法工艺简单、玻璃强度得到提高。

本发明的目的是这样实现的：消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)将CO₂激光器的光斑对准待处理玻璃的边缘；

2)调节CO₂激光器的输出功率，使CO₂激光器的输出功率为20-80W；

3)调节CO₂激光器与待处理玻璃的边缘的距离、调节光斑大小：将待处理玻璃的边缘放置与CO₂激光器的聚焦点相距70～140mm的位置，使待处理玻璃的边缘上的光斑大小为3～11mm；

4)调节待处理玻璃相对CO₂激光器的移动速率：CO₂激光器固定不动，待处理玻璃固定在速度可调的运动平台上，调节运动平台的移动速率为0.05～1mm/s；分别处理玻璃的四个边缘，形成强度得到提高的玻璃板。

所述的步骤1)的将CO₂激光器的光斑对准待处理玻璃的边缘：将CO₂激光器发出的激光光束与待处理玻璃的边缘垂直，光斑对准待处理玻璃的边缘，使光斑正处于待处理玻璃的边缘的中心。

所述的CO₂激光器输出功率、光斑大小和运动平台的移动速率(即待处理玻璃移动速率)的最佳值随不同玻璃体系和玻璃的厚度变化分别在20～80W、3～11mm、0.05～1mm/s之间变化。

因玻璃有比金属更低的热传导，而波长为10.6um的CO₂激光输出波段正好是大气窗口，玻璃可强烈地吸收激光能量，为了得到无微裂纹或较少微裂纹的玻璃边缘，可利用激光技术消除玻璃边缘微裂纹提高强度。

本发明的有益效果是：以CO₂激光为主要处理工具，通过将CO₂激光束聚焦在玻璃表面使其熔化(在常温下，CO₂激光直接辐射玻璃边缘消除边缘微裂纹)，利用玻璃表面张力的作用消除玻璃边缘裂纹提高玻璃强度。通过控制CO₂激光器的输出功率、光斑的大小、玻璃相对激光器的移动速率，可以实现对不同体系玻璃和不同厚度玻璃的处理，达到钝化的目的；经激光钝化后玻璃的强度与传统方法相比，经CO₂激光钝化处理后玻璃的强度明显得到提高，满足实际应用的需求。

附图说明

图1是本发明的工艺图；

图2A玻璃经激光处理前的边缘形貌变化示意图；

图2B玻璃经激光处理后的边缘形貌变化示意图；

图中：1-运动平台，2-待处理玻璃，3-CO₂激光器，4-激光光束。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合图1、图2、实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，它包括如下步骤：

1)取普通平板钠钙硅玻璃，厚度为5mm，尺寸为45×100mm；清理玻璃表面，去掉灰尘等污染物，固定在图1所示的运动平台1上；

将CO₂激光器的光斑对准待处理玻璃的边缘：将CO₂激光器3发出的激光光束4与待处理玻璃2的边缘垂直，光斑对准待处理玻璃的边缘，使光斑正处于待处理玻璃的边缘的中心；

2)调节CO₂激光器的输出功率，使CO₂激光器的输出功率为60W；

3)调节CO₂激光器与待处理玻璃的边缘的距离、调节光斑大小：调节待处理玻璃的边缘与CO₂激光器的聚焦点位置，使待处理玻璃的边缘上的光斑大小为3mm；

4)调节待处理玻璃相对CO₂激光器的移动速率：CO₂激光器固定不动(待处理玻璃固定在速度可调的运动平台上)，调节运动平台的移动速率为0.2mm/s，分别处理玻璃的四个边缘，处理后玻璃边缘的微裂纹基本消除，其边缘形貌如图2B所示。可以看出，玻璃边缘经激光处理后，锋利的边缘已变得十分圆滑，微裂纹得到消除。处理前，测试玻璃的平均弯曲强度为70.5MPa，用激光处理后，其强度为115.5MPa。对比分析，经CO₂激光钝化处理后玻璃的强度明显得到提高。

实施例2：

消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，它包括如下步骤：

1)取普通平板钠钙硅玻璃，厚度为3mm，尺寸为45×100mm；清理玻璃表面，去掉灰尘等污染物，固定在图1所示的运动平台上；

将CO₂激光器的光斑对准待处理玻璃的边缘：将CO₂激光器3发出的激光光束4与待处理玻璃2的边缘垂直，光斑对准待处理玻璃的边缘，使光斑正处于待处理玻璃的边缘的中心；

2)调节CO₂激光器的输出功率，使CO₂激光器的输出功率为40W；

3)调节CO₂激光器与待处理玻璃的边缘的距离、调节光斑大小：调节待处理玻璃的边缘与CO₂激光器的聚焦点的位置，使待处理玻璃的边缘上的光斑大小为3mm；

4)调节待处理玻璃相对CO₂激光器的移动速率：CO₂激光器固定不动(待处理玻璃固定在速度可调的运动平台上)，调节运动平台的移动速率为0.1mm/s，分别处理玻璃的四个边缘，处理后玻璃边缘的微裂纹基本消除，其边缘形貌如图2B所示，锋利的玻璃边缘变得圆滑。处理前，用万能材料试验机测试玻璃的平均弯曲强度为66.3MPa，处理后平均弯曲强度99.5MPa，强度有明显的提高。

实施例3：

消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，它包括如下步骤：

1)取平板超白玻璃，厚度为3mm，尺寸为45×100mm；清理玻璃表面，去掉灰尘等污染物，固定在图1所示的运动平台上；

将CO₂激光器的光斑对准待处理玻璃的边缘：将CO₂激光器3发出的激光光束4与待处理玻璃2的边缘垂直，光斑对准待处理玻璃的边缘，使光斑正处于待处理玻璃的边缘的中心；

2)调节CO₂激光器的输出功率，使CO₂激光器的输出功率为60W；

3)调节CO₂激光器与待处理玻璃的边缘的距离、调节光斑大小：调节待处理玻璃的边缘与CO₂激光器的聚焦点的位置，使待处理玻璃的边缘上的光斑大小为3mm；

4)调节待处理玻璃相对CO₂激光器的移动速率：CO₂激光器固定不动，待处理玻璃放置在速度可调的运动平台上，调节运动平台的移动速率为0.05mm/s，分别处理玻璃的四个边缘，处理后玻璃边缘的微裂纹基本消除，形成强度得到提高的玻璃板，其边缘形貌如图2B所示，玻璃边缘情况得到改变。处理前玻璃的平均弯曲强度平均72.5MPa，处理后玻璃的平均弯曲为108.8MPa。经CO₂激光钝化后玻璃的强度得到提高。

实施例4：

消除玻璃边缘微裂纹提高玻璃强度的方法，它包括如下步骤：

1)取平板超白玻璃，厚度为8mm，尺寸为45×100mm；清理玻璃表面，去掉灰尘等污染物，固定在图1所示的运动平台上；

1)将CO₂激光器的光斑对准待处理玻璃的边缘：将CO₂激光器发出的激光光束与待处理玻璃的边缘垂直，光斑对准待处理玻璃的边缘，使光斑正处于待处理玻璃的边缘的中心；

2)调节CO₂激光器的输出功率，使CO₂激光器的输出功率为80W；

3)调节CO₂激光器与待处理玻璃的边缘的距离、调节光斑大小：调节待处理玻璃的边缘与CO₂激光器的聚焦点的位置，使待处理玻璃的边缘上的光斑大小为11mm；

4)调节待处理玻璃相对CO₂激光器的移动速率：CO₂激光器固定不动(待处理玻璃固定在速度可调的运动平台上)，调节运动平台的移动速率为1mm/s，分别处理玻璃的四个边缘，其边缘形貌如图2B所示，玻璃边缘情况得到改变。处理前玻璃的平均弯曲强度平均72.5MPa，处理后玻璃的平均弯曲为110.5MPa。经CO₂激光钝化后玻璃的强度得到提高。

注：本发明各工艺参数(如输出功率、光斑大小、移动速率等)的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明。实际参数要根据玻璃的品种、尺寸进行调节，在此不一一列举实施例。