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0 前 言智能脱扣器
柔性玻璃（Flexible glass ）指的是厚度低于0.1mm 的呈膜状的玻璃基板。柔性玻璃不同于化学侵蚀减薄的玻璃板，而是将玻璃加热至Tg 点以后一次热拉成型，这种火抛表面表面粗糙度Ra 最小可达到0.2nm 以下，具有优良的平坦光滑表面和弯曲性能。通过将玻璃的厚度降低到极限值100μm 以下，以及贴附高分子聚合物薄膜、离子表面增强技术和激光切割等手段，使玻璃基板获得优秀的弯曲性质[1]。柔性玻璃不仅可弯曲，而且具有高分子聚合物材料所不具备的耐热性、绝缘性、气密性以及在氧化和光照环境下的稳定性等。使得柔性玻璃可应用于柔性显示器、太阳能电池或有机EL 照明、电容器、燃料电池的间隔件等方面。 功率测量
近年来，国际上一些高水平玻璃公司和研究机构在柔性玻璃制造技术上不断进步，玻璃的厚度、宽度和长度不断突破极限，据报道称德国肖特已经可以成功供应0.25mm 厚的柔性玻璃产品[2]。使得柔性玻璃距离实际的应用越来越近。但是，在边缘切割和防护技术已经成为限制柔性玻璃应用和发展的瓶颈。传统的机械切割利用超硬的刀具在玻璃表面划切出一道微细的裂痕，然后施加力量掰断。但在实验室研制柔性玻璃的过程中，发现传统方法切割柔性玻璃断面有很多裂纹，这些裂纹在弯曲时会向中间延伸使得玻
璃极易断裂。
玻璃激光切割是一项创新技术，已在电子、汽车、建筑行业得到应用，同时该技术能用在加工其他易碎材料，如制造电子行业晶圆的陶瓷材料，其他半导体行业常见的材料等都有望成为激光应力切割加工的对象。柔性玻璃是目前电子行业发展的趋势，采用非接触式的激光切割柔性玻璃工艺势在必行。所以迫切需要研究柔性玻璃的非接触式激光切割技术。本论文分析不同切割方式对柔性玻璃断面形貌，并研究不同激光光源和激光加热后极冷应力切割方式对玻璃断面形貌的影响，对柔性玻璃激光切割具有一定的指导意义[3]。
1 实 验
实验采用沙河玻璃技术研究院自制的柔性玻璃，玻璃成分为钠钙硅玻璃，厚度0.08mm。分别采用自然掰断、玻璃刀切割和侵蚀，对切割口及表面形貌进行分析；采用纳秒紫外激光、纳秒绿光、皮秒激光切割器切割，对切割口及表面形貌进行分析。
实验仪器：超声波清洗机，101-1A 电热鼓风干燥箱，XPF-550C 偏光显微镜。
1.1 传统切割方式玻璃断面形貌分析1.1.1 自然断裂断面形貌分析
选取自然掰断玻璃瓶的断裂面，用XPF-550C 偏光显微镜放大40倍观察其断面的表面形貌，如图1
柔性玻璃激光切割技术研究
王瑞璞，郭振强，淮旭光，袁 坚（河北省沙河玻璃技术研究院，沙河 054100）
摘要：通过对柔性玻璃各种切割方式断面的形貌分析，研究激光切割断面、自然断面、玻璃刀机械切割以及化学腐蚀切割断面的不同，分析得出激光切割的优点非常适合柔性玻璃的切割。另外，对比不同激光光源的切割，分析激光烧蚀和激光应力切割的不同，得出不同激光对柔性玻璃切割的影响，对柔性玻璃激光切割系统的组成和工艺的选择具有指导意义。
Architectural & Functional Glass №1 2021
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所示。自然断面的形貌表面层有裂纹痕迹，深度约0.01～0.015mm，其他部分较为平整。在整个断面范围内有数个半圆形光圈状断裂层，表明沿裂纹向下玻
pvc电线槽
璃在应力集中区域整体断裂。
图1 自然断裂玻璃断面
1.1.2 玻璃刀切割断面形貌分析
蝇蛆蛋白采用尖端为Φ0.05mm 的玻璃刀对玻璃板表面划痕，然后掰断。用XPF-550C 偏光显微镜放大40倍观察其断面的表面形貌，如图2所示。钨钢针划断玻璃断口的裂纹较自然断面的裂纹更为规整，深度仅
为0.006mm，沿裂纹向玻璃纵深掰断面上没有半圆形光圈状断裂面，表面该处没有应力集中。尽管玻璃刀划断的玻璃断面没有明显缺陷，下表面平整度较好，但在沿裂纹下上每隔0.4mm 有一个较大的纵深发展不规则裂缝，裂缝尺寸较长。表明在该断面上已经产生沿划切线的多个破坏性裂纹，对玻璃的柔性有极大的破坏。所以这种机械切割的方式制成的断面柔性比自然断裂面的柔性差很多，
不适合柔性玻璃切割。
图2 玻璃刀玻璃断面
1.1.3 侵蚀断面形貌分析
用37%的，5%硫酸配合溶液浸泡玻璃板边部2小时，用XPF-550C 偏光显微镜放大40倍观察玻璃板断面的表面形貌，如图3所示。侵蚀断口形貌断口处为锥形，
出现明显的锯齿状缺失。
图3 侵蚀玻璃断口表面
1.2 激光切割玻璃断面形貌分析
激光烧蚀的方式是通过精准烧蚀真正去除材料。当施加功率足够大的激光，从而在玻璃中激发非线性吸收时，就会通过局部密集加热或通过极高峰值功率直接破坏原子间化学键来去除材料，实现烧蚀[4]。常见的激光切割玻璃的激光器类型有三种：纳秒激光（3～10ns ）、皮秒激光（4～50ps ）、飞秒激光（200～500fs ）
。
图4
纳秒紫外激光切割断面
图5 纳秒绿光激光切割断面
纳秒激光的作用方式为光热作用，因为相对光
建筑玻璃与工业玻璃2021，№1
红娇凤凰螺
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斑较大，作用时会伴有玻璃的碎屑、微裂纹、热影响区域以及玻璃的重铸等现象。目前纳秒激光主要为绿光和紫外为主，主要的加工方向为玻璃的打孔和开槽，分层式加工。紫外激光由于重复频率和功率不能做到很高，所以更擅长玻璃的精细开槽和打标等加工。绿光激光主要应用在玻璃的钻孔和切割，脉冲式分段加工，一般不能连续直线加工。图4为纳秒紫外激光切割玻璃断口形貌。玻璃断口处有明显的裂痕和缺失，断口周围有碎屑产生。图5为纳秒绿光激光切割玻璃断口形貌。玻璃断口处有明显的裂痕和缺失，断口周围有碎屑产生。1.3 皮秒激光切割断面形貌分析
皮秒激光主要为光化学烧蚀反应，主要应用于玻璃、蓝宝石等产品的切割、划线、除膜，最初主要应用于蓝宝石及玻璃的切割和塑性。图6为皮秒激光切割玻璃断口处形貌，边缘光滑整齐，皮秒激光在作用柔性玻璃时，光斑很小所以材料损耗较低（可忽略不计），切割后无应力残留，所以切割边缘无微裂纹产
生。
图6 飞秒激光切割断面
2 结果与讨论
自然断裂、钨钢针划断、侵蚀都属于传统的切割方法，通过观察形貌发现玻璃断口处都存在裂纹和缺失，致使切割断口处有很多缺陷，尤其在如今平智能电子显示器中越来越多采用超薄基板的环境中，这些缺陷更加明显。主要缺陷在于刻划工具施加的机械力会让材料产生细微裂纹、后续掰断步骤会造成小缺口和碎屑，而且切割边缘也不一定与玻璃表面垂直。另外，机械切割会在成品边缘留下相当大的机械应力。当基板厚度小于1mm 时，由于玻璃特别
容易断裂，因此很难使用机械切割法。为了防止玻璃在经受首道切割工序之后出现破裂或断裂，可能必须对切割表面进行打磨或抛光。另外，加工后可能还必须安排清洁环节来清除可能对后续流程（例如电路形成）造成干扰的碎屑（当玻璃用作微电子制造中的基板时）。
限制切割速度的有3个因素：玻璃的厚度、材料的热膨胀系数、以及激光器的输出功率。我们使用50W 输出功率的皮秒激光器切割厚度为0.08mm 的玻璃，直线切割，速度为800mm/s。作为比较，硬质金属轮切割同样厚度同种玻璃的速度可达1500mm/s。但是，即使是在注重速度的应用中，这种差异也将被激光切割所带来的经济性和质量优势所弥补。同时，我们都相信，进一步的加工过程优化以及采用更高输出功率的激光器进行切割都会容易地将加工速度提高2至3倍。
3 结 论
对于柔性玻璃切割，选取皮秒激光切割器较为合适，皮秒激光主要为光化学烧蚀反应，作用在柔性玻
璃时，一般没有裂痕和表面碎屑，相当于作用在柔性玻璃时，直接将加工区玻璃汽化，热影响也微乎其微，边缘光滑整齐，不需要后续的清洁和打磨。并且，皮秒激光可实现切割头的形式，具有加工速度较快（最大速度可达2000mm/s ）的优势，还具有单次加工尺寸不受限制等优势。
激光器是能在广泛应用环境中代替传统玻璃切割技术的可行替代方案。一般来说，在机械法不能提
供所需的切割质量或特征，或者旧方法因需要大量后期处理而变得过于昂贵时，激光器的优势最大。
参考文献
[1] Hoehla S ，Garner S ， Hohmann M ， et al. Active Matrix Color-LCD on 75 μm Thick flexible glass substrates[J]. Journal of Display Technology ， 2012， 8 （6）：309～316.
[2] 柔性玻璃市场应用与调研报告，新材料在线官.2005 http ：///n/550074545054.
[3]谢军，李晓青.柔性超薄玻璃的开发及应用[C].全国玻璃科学技术年会论文专集 2015.
[4]王海龙，王扬，王向伟，等.热烈法切割玻璃等硬脆材料关键技术研究进展[J].无机材料学报，2018，33（09）：923～930.
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