一种玻璃黑色打标的激光制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 105314889 A (43)申请公布日 2016.02.10

(21)申请号 201510299863.8(22)申请日 2015.05.28

(71)申请人广东工业大学

地址510006 广东省广州市番禺区广州大学

城外环西路100号(72)发明人谢小柱 江伟 魏昕 胡伟(51)Int.Cl.

C03C 23/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)发明名称

一种玻璃黑色打标的激光制备方法(57)摘要

本发明公开了一种玻璃黑色打标的激光制备方法，包括如下步骤：1)在工作台上固定石墨片；将玻璃基片固定在石墨片上方，并使玻璃基片与石墨片紧密接触；2)将激光束辐照在玻璃基片与石墨片的交界面上；激光束结合安装工件的工作台沿着Z向直线运动，振镜沿着X/Y向扫描；3)标刻完成之后使用超声波清洗机清洗玻璃基片，去除掉玻璃表面的石墨残余。该发明的优点在于使用石墨背刻方法实现玻璃的黑色打标，不仅能够制备出高对比度的标记，而且打标方法中切槽热效应小，标刻质量好，这对于增加玻璃材料标记的识别度起到很大的作用。此外，通过此激光制备方法，所加工的标记耐腐蚀耐高温，耐水耐摩擦，标记用手触摸基本无触感，有效的解决了标记的稳定性和持久性的问题。最后，本发明的打标方法采用石墨片作为耗材，一片石墨可反复使用，成本低廉而且无污染。

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权 利 要 求 书

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1.一种玻璃黑色打标的激光制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在工作台(1)上固定石墨片(2)，将玻璃基片(3)固定在石墨片(2)上方，并使玻璃基片(3)的下表面与石墨片(2)的上表面紧密接触；

2)设定激光参数后，将激光束(4)辐照在玻璃基片(3)与石墨片(2)的交界面上；激光束(4)连续作用下，并结合工作台(1)沿着Z向直线运动，振镜(5)沿着X/Y方向扫描，实现对玻璃基片(3)的标刻。

2.如权利要求1所述一种玻璃黑色打标的激光制备方法，其特征在于：在标刻完成之后，在超声波清洗机中放置去离子水，将玻璃基片(3)放置在其中，使用超声波清洗机清洗3分钟，得到打标后的干净的玻璃基片(3)。

3.如权利要求1至2所述一种玻璃黑色打标的激光制备方法，其特征在于：所述的激光参数为波长为1064nm、激光脉宽范围50～200ns、激光能量密度范围100～200J/cm2、激光频率范围50～200kHz、激光扫描速度范围100～600mm/s，激光焦点的离焦量(-5～5mm)可调。

4.如权利要求3所述一种玻璃黑色打标的激光制备方法，其特征在于：通过选用不同的激光参数，可以制备不同程度的黑色打标。

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说 明 书

一种玻璃黑色打标的激光制备方法

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技术领域

[0001]

本发明涉及激光标刻玻璃技术领域，特别是涉及一种玻璃黑色打标的激光制备方

法。背景技术

打标是生产工艺中广泛应用的一种技术。激光打标是利用适当能量密度的、会聚在工件表面的激光光束对目标表面扫描，使材料发生物理或化学的变化，在表面上形成痕迹，从而形成标记的过程。它属于一种非接触的打标方式。与传统的加工方法(如喷墨打印、电火花加工、机械刀刻等)相比，具有应用范围广、打标速度快、性能稳定、质量高、运行成本低、环境污染小、易于用计算机控制及与其它设备实现同步运转等优点。因此，激光打标已成为激光重要的应用领域之一。

[0003] 激光打标技术可用于透明材料的标刻，在传统激光透明材料打标中，目前主要采用CO2激光器直接进行打标，然而激光在透明材料上直接打标的标记为白色或者浅色，标示的对比度不高，在浅色材质上的标记难以识别，因此在透明材料上的进行黑色打标甚至彩色打标是十分有必要的。喷墨打印虽然能够在透明材料上进行有色标记，但是其在透明材料上的标记不耐腐蚀，不耐高温，且不耐水，持久性和稳定性受到限制，而且油墨作为打标印刷的耗材，其成本较高，对环境也有一定的污染。

[0002]

发明内容

本发明的目的在于考虑现有技术的不足，提出一种操作简便，方便实用，安全环保的玻璃黑色打标的激光制备方法。[0005] 所述方法便于操作实现，可在玻璃基片上实现质量优良，耐水耐高温耐腐蚀，识别度高，稳定性好的玻璃黑色打标的激光制备方法。[0006] 本发明可以通过以下技术方案实现：[0007] 1)在工作台上水平固定石墨片，将玻璃基片固定在石墨片上表面，并使玻璃基片与石墨片的上表面紧密接触；

[0008] 2)将激光束辐照在玻璃基片与石墨片的交界面上；在激光束的作用下，并结合安装工件的工作台沿着Z向直线运动，振镜沿着X/Y方向扫描，实现对玻璃基片的标刻。[0009] 3)在标刻完成周后，取下玻璃基片，用超声波清洗仪将玻璃基片清洗3分钟，得到实现黑色打标后的干净玻璃基片。

[0010] 本发明的优点和积极效果是：因为二维码的识别是借助于光的反射原理，白色和黑色对光的反射差别最大，所以在玻璃上实现黑色打标也利于扫描和识别。由于激光对石墨片的剧 烈烧蚀，在玻璃基片上形成沉积层，该沉积层结合接触面处的瞬时高温高压作用，增强玻璃基片对激光能量的吸收，导致激光焦点附近玻璃温度不断升高，使得玻璃表面的浅层被去除掉，然后石墨粒子结合到被烧蚀出的浅层中，实现玻璃基片的黑色打标，该标记耐腐蚀，耐高温，耐水，标记用手触摸基本无触感，具有较强的稳定性和持久性，而且石墨

[0004]

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说 明 书

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耗材可反复使用，标记成本极低，且对环境无污染。[0011] 所带来的积极效果是，能够实现玻璃材料的黑色打标，有利于开拓激光打标技术在玻璃甚至是透明材料领域的应用。附图说明

图1是玻璃激光打标的示意图。

[0013] 在图中：1.工作台，2.石墨片，3.玻璃基片，4.激光束，5.振镜

[0012]

具体实施方式

[0014] 实施例：

[0015] 本发明是一种玻璃黑色打标的激光制备方法，包括以下步骤：[0016] 1)在工作台1上水平固定石墨片2；[0017] 2)将玻璃基片3固定在石墨片2上表面，并使玻璃基片3的下表面与石墨片2的上表面紧密接触；

[0018] 3)将激光束4辐照在玻璃基片3与石墨片2的交界面上；激光束4连续作用下，并结合安装工件的工作台1沿着Z向直线运动，振镜5沿着X/Y方向扫描，实现对玻璃基片的标刻。

[0019] 4)在激光标刻完成后，取下玻璃基片3，使用超声波清洗机中加入适量的去离子水，对玻璃基片3清洗3分钟，得到激光黑色打标后的玻璃基片3。[0020] 通过多次参数优化实验，分析试验之后的数据与打标的质量可以发现：[0021] 当激光的脉宽过小时，难以在玻璃上面实习有效的黑色打标；当脉宽过大时，发现在标刻过程中，玻璃容易产生裂纹。通过单因素实验最后发现，当脉宽范围在50～200ns时，打标的质量较好。

[0022] 当激光能量密度过小时，基本无法在玻璃上进行有效的标刻；而当激光能量密度过大时，又会在玻璃上产生崩边等缺陷。通过单因素实验发现，当激光能量密度在100～200J/cm2时，打标的质量较好。[0023] 当激光的频率过小时，基本无法在玻璃上进行有效的标刻，所标刻的颜色很浅；而当激光频率过大时，黑色有太深，从而导致难以识别。通过单因素实验发现，当激光频率在50～ 200kHz时，打标的质量较好。[0024] 当激光扫描速度过小时，由于单位时间内激光与玻璃的作用时间太长，使得玻璃吸收的热量过大，会在玻璃上产生裂纹等热致缺陷；而当激光扫描速度过大时，又由于单位时间内激光与玻璃的作用时间过段，从而难以实现有效的标刻。通过单因素实验发现，当激光扫描速度在100～600mm/s时，打标的质量较好。[0025] 当激光离焦量过小时，容易在玻璃上产生崩裂；而当激光离焦量过大时，又难以产生有效的标刻。通过单因素实验发现，当离焦量在-5～5mm时，打标的质量较好。[0026] 综合可知，所述的激光参数为波长为1064nm、激光脉宽范围50～200ns、激光能量密度范围100～200J/cm2、激光频率范围50～200kHz、激光扫描速度范围100～600mm/s，激光焦点的离焦量(-5～5mm)的时候，能够在玻璃材料上实现质量较好的黑色打标。[0027] 在本实施例中，激光参数设定可以为：波长为1064nm、脉宽为200ns、能量密度为

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说 明 书

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58J/cm2、频率为50KHz、扫描速度为200mm/s、控制焦点处于一定的位置，不采用离焦。[0028] 本发明是一种玻璃黑色打标的激光制备方法，是一种简单快捷，性能优良，方便实用，绿色环保的加工方法。一方面，通过激光石墨背刻，能够在玻璃基片上实现质量好，识别度高的黑色标记；另一方面，通过激光烧蚀，所形成的标记耐水耐腐蚀耐高温，具有较好的持久性和稳定性；再者，该玻璃黑色打标的激光制备方法所用的耗材成本低廉，可反复使用，而且对环境无污染。

[0029] 最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

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说 明 书 附 图

图1

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