[发明专利]用于激光热分离陶瓷或其它易碎的板材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于激光热分离易碎的特别是陶瓷的板材料的方法。

背景技术

在此概念“由陶瓷或其它的易碎的材料制成的板”应当理解成几个毫米的(特别是大约3至20mm)厚度的、由易碎的材料如硬陶瓷、瓷器陶瓷或黏土制品制成的板。

本发明的主要应用领域例如是在由不同硬度等级的陶瓷材料制造建筑瓷砖时将大规格制造的陶瓷板划分成期望的较小的瓷砖规格。

如今建筑瓷砖的规格化主要如此实现，即“绿色的”板材料在烧制之前通过冲压划分成所期望的瓷砖规格。但是这具有这样的缺点，即转换成其它的瓷砖规格是非常费时间的且因此非常贵。这导致在制造商那儿需要非常大的仓储。新的生产线制造较大的瓷砖，其而后在烧制后切割成较小的规格。这种切割借助于机械的划破及断裂装置实施或者通过锯子实现。但是这种技术也证明是不太让人满意的。

最近几年，大量的工作投入到激光热分离玻璃板材料中，用作传统的通过划破和紧接着的折断进行的机械分离的替换方式。这项工作的重点特别是折断平板玻璃。

DE 199 62 906 A1建议，为了切割由易碎的材料制成的平面工件，主要指的是平板玻璃，沿着所期望的分离线机械地制出一个划痕并且紧接着借助于激光束通过沿着划痕的一个部分的短时的振荡的加热，触发材料沿着划痕的断裂。

由EP 0 448 168 A1已知一种用于分离易碎的板的方法，再次主要指玻璃板，其中利用一个激光束在整个分离线长度上多次扫描一个预定的分离线，用于引入热量和产生热机械应力，以便将板从一个之前加设的划痕出发沿着分离线折断。

US 2002/0179667 A1建议，为了沿着一个任意轮廓的分离线分离由易碎的材料特别是玻璃或陶瓷制成的板，利用一个激光束沿着规定的分离线实现加热，同时跟随一个冷却喷嘴，其中根据分离线的曲率借助于振荡的激光束产生一个在10mm至100mm范围内的变化长度的聚焦斑。

由US 2003/00 62 348A1已知一种用于分离非金属的基板例如玻璃的方法，其中第一激光束扫描规定的分离线，而后施加一种冷却介质用于产生热应力，并且而后借助于一个第二激光束扫描规定的分离线。

由WO 02/48 0 59 A1已知一种通过沿着规定的分离线产生热应力裂纹，分离由玻璃或陶瓷制成的板的方法，其中激光束沿着规定的分离线将热量传入板内，其中例如通过将激光束聚焦在一个位于玻璃板表面下方的区域上如此控制聚焦，使得基本上无材料去除地构成初始裂纹。

所有这些不同的已知的方法虽然在相应的文献中都称为分离易碎的材料如玻璃和陶瓷的方法，但是在实施例中分别基于分离平板玻璃进行特别描述并且明显地特别适合于这个应用领域。然而，上述文献都没有详细阐述陶瓷材料的分离，并且没有详细阐述平板玻璃和陶瓷材料之间不可忽略的差异。

然而玻璃和陶瓷是非常不同的材料。两种材料虽然都是易碎的，但是具有非常不同的结构。两种材料之间的显著差异在于，玻璃是透光的，而陶瓷是不透光的。因此玻璃可以部分透过激光束，即在固体材料激光器时，而在CO₂激光器时不适用。就激光分离方法而言，在玻璃和陶瓷之间的主要区别然而在于热传递速度和膨胀系数。钠钙硅酸盐玻璃在此仍然可以相对简单地处理，但是硼硅酸盐玻璃难以处理，但是总是比陶瓷更易计算。在陶瓷中存在完全不同的热传导系数，并且根据混合物在大多非常小的且随着温度上升强烈非线性变化的膨胀系数的情况下获得非常不同的热传递。

因此不让人感到惊奇的是，如可以通过实验简单地证明，虽然上述的已知的方法可以用于分离略厚的平板玻璃，但是完全不能或者仅仅非常令人不满意地适用于分离由开头所述的易碎的材料(即陶瓷材料和非常厚的特种玻璃)制成的板。在较厚的瓷砖和非常厚的玻璃板时，在材料的体积时用于分离所需要的热量如此之高，使得在应用这些已知的方法时瓷砖在热量引入时业已在产生分离划痕之前爆裂了。

由EP-A-1 618 985已知一种用于分离陶瓷的板材料的方法。在此陶瓷的板材料的切割通过一个相对于切割线运动的激光束和一个直接跟随的超音速气流的喷吹的组合实现。在这种切割方法中由于材料移除，产生了一定宽度的切割缝。然而由于所需要的超音速气流和粒子去除，这种方法在设备成本和污染方面不是最佳的。

最后还由EP-A-0 613 765已知一种方法，用于在使用激光束的情况下分离陶瓷板，其中借助于一个激光束在所期望的断裂线上制成划痕并且而后实现板的机械断裂。因此这种已知的方法与传统的利用机械划痕和紧接着机械断裂的分离方法相比也没有显著的优点。

发明内容