隨著脆性材料應用越來越廣,常見的脆性材料有手機、電視、電腦顯示屏,LED和OLED產品以及其他微電子次產品,集成電路的玻璃基板、光學器件、醫療設備、半導體等。
早在前幾年,工業制造上一直用傳統的機械設備去加工脆性材料,但是效率、精度上始終無法突破。因此,許多國家的研究人員開始嘗試采用更為先進的激光技術來進行加工,特別是在微精細加工領域。經過多年的技術沉淀,許多方法有了實驗成果,如超快激光切割藍寶石薄片。激光在加工速度、邊緣質量、材料厚度范圍和材料的廣泛性方面都有著出色的表現,可對藍寶石薄片進行任意形狀的切割,表面干凈整潔,無碎裂。
激光切割機切割脆性材料既是一個復雜的光致熱過程,同時也是一個復雜的激光于材料相互作用的過程。激光切割機在切割過程中,光束經切割頭的透鏡聚焦成一個很小的焦點,使焦點處達到高的功率密度,其中切割頭固定在z軸上。這時,光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分熱量,材料很快被加熱到熔化與汽化溫度,與此同時,一股高速氣流從同軸或非同軸側將熔化及汽化了的材料吹出,形成材料切割的孔洞。隨著焦點與材料的相對運動,使孔洞形成連續的寬度很窄的切縫,完成材料的切割。
而傳統機械切割方法存在著一些明顯的缺陷,材料的去除會導致碎屑、碎塊和微裂痕的產生,使切割邊緣的強度降低,從而需要再進行一道清理工序。由此工藝帶來的深裂紋通常不會垂直于材料表面,原因在于機械力所生成的分割線一般是非垂直的。而且,機械力作用于脆性材料帶來的產量損失也是一個負面因素。因此隨著激光應用范圍的逐步擴大,目前越來越多地采用激光來切割玻璃等脆性材料。