玻璃是一種透明的類固體材料,在人們?nèi)粘I钪袘?yīng)用廣泛。
玻璃具有其他材料所不具備的獨(dú)特性能:
1.它有好的光學(xué)性能,能反射、彎曲、透射和吸收光線,在整個(gè)可視范圍內(nèi)甚至更遠(yuǎn),都具有較高的透明度。
2.從化學(xué)性能來說,玻璃是一種抗腐蝕的惰性材料,可以作為很多化學(xué)品的容器。
3.從熱力和電力方面來看,玻璃是一種絕緣體。
4.從物理性能來看,玻璃表面堅(jiān)硬,防刮耐磨。
但是,也正是這些性能使得玻璃加工面臨著更大挑戰(zhàn),例如一旦玻璃具備好的抗拉強(qiáng)度,就變得易碎。
因此,處理玻璃的方法和其應(yīng)用都需要從長計(jì)議。玻璃制造可以追溯到公元前3500年左右。人工制造玻璃大概先出現(xiàn)在美索不達(dá)米亞和埃及,首先被用來制作珠寶,隨后被用來制作壺。之后,加工工藝不斷改進(jìn),從手工加工演變?yōu)楝F(xiàn)今的高科技工業(yè)工藝,出現(xiàn)了眾多玻璃類別和應(yīng)用。盡管玻璃制造歷史悠久,但近幾十年來由于玻璃的易碎性能,對于玻璃成品進(jìn)行加工的工藝止步不前。
通常一個(gè)小裂紋就會(huì)造成玻璃破碎。一旦微裂紋在玻璃的某個(gè)部位形成,它就會(huì)蔓延至玻璃邊緣,造成破裂。玻璃的這種易碎屬性使其難加工。另外一方面,不斷發(fā)展的技術(shù)使其可制成結(jié)構(gòu)較小,且形狀各異的玻璃來應(yīng)用于不同領(lǐng)域。傳統(tǒng)的方法,如光刻和電子束光刻等來加工玻璃,但這些技術(shù)過于昂貴,不易操作,特是大面積使用。現(xiàn)今,激光技術(shù)提供了加工玻璃的理想方法。直截了當(dāng)?shù)姆椒ň褪窃诓ㄩL范圍內(nèi)利用單光子吸收,玻璃在紅外線或紫外線下不會(huì)高度透明。
但是,直接吸收會(huì)產(chǎn)生一些問題,包括不良熱影響以及形成熱影響區(qū),這會(huì)產(chǎn)生微裂紋,嚴(yán)重危害玻璃的機(jī)械穩(wěn)定性。此外,在玻璃表面下方進(jìn)行加工,制造三維結(jié)構(gòu),需要使用高透明度波長。雖然納秒脈沖激光器可以用于在玻璃中制造次表層結(jié)構(gòu),玻璃的物理機(jī)制會(huì)對微處理的精細(xì)程度造成限制,也會(huì)產(chǎn)生微裂紋。