控制断裂激光切割厚的陶瓷基板技术

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1、嘉兴学院毕业设计（论文）外文翻译原文题目：Lasercuttingofthickceramicsubstratesbycontrolledfracturetechnique译文题目：　控制断裂激光切割厚的陶瓷基板技术　　学院名称：机电工程学院专业班级：机械082学生姓名：　程丰　　控制断裂激光切割厚的陶瓷基板技术摘要控制断裂的激光切割技术，可用于切割厚的陶瓷基板，同步申请的Nd：YAG激光器和CO2激光在基板上。重点Nd：YAG激光用于隶凹槽裂缝在基材表面和散焦的CO2激光诱发热应力。热应力集中会发使得槽尖端出现裂纹，使其延长通过衬底，沿激光束的运动轨迹可控基板分离

2、。根据输出功率的60W的CO2激光器和Nd：YAG激光器，最大切割速度可以达到1.5毫米/厚的氧化铝样品的样品。为什么激光可以切割厚的基板，为什么断裂是可控的原因是本文研究。分离表面的SEM照片是用来分析断裂过程的微观机制。温度和应力分布进行了分析，利用有限元软件ANSYS。激光功率，切割速度快，试样几何形状之间的关系都是从实验分析，这种现象也从应力分析的结果解释。1.简介Lambert[1]等最初开发的激光切割技术可以切断了玻璃或陶瓷结构。在此过程中使用的激光起器有2个，其中第一个有一个波长，至少有50％的激光能量在0.2毫米的深沟裂纹的融化。第二个激光束产生在裂

3、纹尖端的热应力使材料分离可控。这种方法是控制断裂激光切割和激光划片的方法的扩展，以前是由Garibotti[2]和Lumley[3]提出的。切割厚度可大于5毫米玻璃体或陶瓷材料。Garibotti提出的刻划晶圆的方法是用激光划线一种脆性材料，激光用于划晶圆沿所需的隔离线，然后是浸入在超声波细胞破碎沿超声波能量的刻线。要集中照射在焦平面上放置工件上的窄行激光能量。通过应用机械力使得刻划基板沿着划线发生破碎。Lumley[3]的控制断裂脆激光切割脆性材料的方法具有很大的潜力。他的发明只有一个单一的激光。应用激光能量产生的机械应力，导致材料沿激光束路径分开。该材料分离是类

4、似的一个裂纹扩展和的断裂增长是可控的。Lumley[3]成功地应用在氧化铝陶瓷基板和玻璃等脆性材料切割技术通过使用CO2激光。所需的激光功率是比传统激光蒸发切割和激光划片少，切割速度高得多。格罗夫等人[4]提出了相关的方法在较高切削速度控制断裂切割玻璃。近年来，Kondratenko[5]和Unger和Wittenbecher[6]使用低功耗激光切割的玻璃有水做冷却液沿着切割路径。这些改进的控制断裂的方法已被确认为它在未来有良好前景。蔡和刘[7]提出了一种解释为什么物质的分离是通过使用一个单一的激光控制断裂技术可控。他们提到切割过程可以分为三个阶段首先是启蒙阶段，由

5、于试样的边缘拉应力的断裂发起。二是稳定增长阶段，激光点附近的压力是高度压缩蠕变变形。通过激光束后，将放宽压应力，然后诱导残余拉应力，使断裂增长从上表面，以降低基材表面的应力。最后一个阶段是不稳定断裂，裂纹尖端附近的应力是一个完全通过厚度方向的拉应力，裂纹扩展不稳定。控制断裂的现象，并原则通过使用一个单一的激光。但该方法是非常受限制的的用于切割厚的基板。举例来说，强度很高的的氧化铝基板，可被切割厚度约1毫米。比较传统的蒸发法切割厚陶瓷基片，激光切割是更有效和更昂贵。根据Black和Chua[9]，对于厚度为9.2毫米氧化铝陶瓷，切割速度不超过1毫米/秒和输出功率500

6、瓦。然而，高功率激光会诱使许多裂缝和倦怠的切割面，降低了表面质量。然而，目前的法切割需要更少，激光功率，造成缺陷少。Lambert等技术[1]，可以用来切割厚，陶瓷基板，由两个激光器的同步应用。但原理和厚基板切割的现象和切割薄基板不同。断裂机制尚未详细分析，并针对不同的切削条件下的现象尚未很好的研究此外，断裂是可控的机制尚未被了解。在本文中，我们专注于厚的陶瓷基板切割控制断裂技术的断裂机制的调查我们还讨论了加工参数，如切割速度和试样尺寸温度和应力分布进行了分析的利用有限元软件ANSYS5.4。2．激光切割的实验与控制断裂2.1激光切割系统和标本激光切割系统，如图1是

7、由二氧化碳激光，ND：YAG激光，XYZ定位表，和一台个人电脑整个工件的上表面激光束移动安装在一个平台上，可以移动的X，Y，和Z方向CO2激光和Nd：YAG激光的波长，分别的10.6和1.06毫米。激光的输出功率可同步XYZ定位表CO2激光和Nd的聚焦点最小直径：YAG激光分别的73和32毫米。图1激光切割系统的配置与控制断裂技术本文所用的实验标本的和由京瓷公司（日本）生产的氧化铝（Al2O3）陶瓷基板氧化铝陶瓷基片的纯度为99.6％的密度3960kg/m3的，青年鈥檚模量400GPa时，8:2106C1，导热系数为33.5W/M8C的热膨胀系数，和热扩散1:0