本發(fā)明屬于制造藝術(shù)玻璃的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種在玻璃內(nèi)部刻圖案的方法。

背景技術(shù)：

在生活中我們經(jīng)常會(huì)看到很多不同玻璃帶給我們不同的感覺(jué)，在指示牌，廣告板，工藝美術(shù)品等領(lǐng)域我們經(jīng)常能看到印有或刻有各種圖案的藝術(shù)玻璃?，F(xiàn)有關(guān)于在玻璃上刻圖案的報(bào)道也很多，但基本都停留在玻璃的表面。例如，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210134964.6，申請(qǐng)公布日為2012年8月22日的專利申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種車刻彩繪鋼化藝術(shù)玻璃及其制作方法，所述的車刻彩繪鋼化藝術(shù)玻璃，包括玻璃基板，特征在于玻璃基板的表面設(shè)有通過(guò)車刻工藝產(chǎn)生的立體效果的圖案層，在具有立體效果的圖案層上涂覆有油彩層。車刻彩繪鋼化藝術(shù)玻璃的制作方法，其特殊之處在于其工藝流程為，首先在玻璃原片上車刻圖案、而后噴涂圖案最后將玻璃原片經(jīng)過(guò)鋼化處理制作而成。該專利中公開(kāi)的方法只能在玻璃的表面車刻圖案。

對(duì)于在玻璃內(nèi)部析出熒光粉的研究早在2005年是就有報(bào)道，F(xiàn)ujita S等人(Fujita S.,Yoshihara S,Sakamoto A,Yamamoto S,Tanabe S,YAG glass-ceramic phosphor for white LED(I):background and development,Proceedings of SPIE Volume 5941,2005)報(bào)道了一種玻璃-陶瓷瑩光粉(glass-ceramic phosphor)的技術(shù)，該技術(shù)的基本方法是將玻璃和制作瑩光物質(zhì)的氧化物組分高溫溶化，急冷淬火成透明玻璃。然后在相對(duì)較低的溫度下回火，使得玻璃中瑩光物質(zhì)的組分相互作用，結(jié)晶析出瑩光物質(zhì)。析出的瑩光物質(zhì)成小顆粒，約5微米直徑，均勻散布在玻璃的基體中。光學(xué)效果見(jiàn)附圖1。但是這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在并沒(méi)有發(fā)展成用于LED光源封裝的主要制作方法，原因之一是其它方法相比(例如將低溫玻璃粉和已合成的瑩光粉混和燒結(jié)，這里的熒光粉已制成，如：發(fā)黃光的YAG:Ce，摻雜cerium的yttrium aluminum garnet)，其發(fā)光效率較低。現(xiàn)有的技術(shù)都是考慮如何將熒光粉均勻分布在玻璃里，而未考慮如何在玻璃內(nèi)部寫字或?qū)憟D。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.要解決的問(wèn)題

針對(duì)目前缺乏在玻璃內(nèi)部任意刻光學(xué)圖案的高效工藝方法，本發(fā)明提供一種在玻璃內(nèi)部刻光學(xué)圖案的方法，在玻璃-陶瓷瑩光粉(glass-ceramic phosphor)的技術(shù)基礎(chǔ)上，采用相同或類似的方法制成透明玻璃，但采用飛秒激光的方法，用細(xì)窄的激光束局部地回火，結(jié)晶析出瑩光物質(zhì)的微米顆粒。

2.技術(shù)方案

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種在玻璃內(nèi)部刻圖案的方法，包括制作玻璃和激光刻寫兩步工藝，包括以下步驟：

(1)將SiO₂、Li₂O和能合成熒光物質(zhì)的組分，分別研磨成粉末混合；

(2)將混合原料在1600℃-1700℃下熔融1-3小時(shí)，然后澆鑄在模具中制成玻璃，澆鑄的過(guò)程中進(jìn)行急冷淬火；

(3)采用超短脈沖激光局部熱回火步驟(2)中得到的玻璃，將激光束焦點(diǎn)調(diào)在玻璃的厚層中間，移動(dòng)激光束的平面位置，和/或變化激光束的焦點(diǎn)，使得熒光粉在玻璃內(nèi)部析出，形成二維和/或三維圖案。

更進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的熒光物質(zhì)為摻雜鈰的釔鋁石榴石，其合成的組分為，Y₂O₃、Al₂O₃和Ce₂O₃，發(fā)綠光。

更進(jìn)一步地，步驟(1)的混合原料中，Al₂O₃與Y₂O₃的摩爾比值為1.67～1.70；Y₂O₃加Al₂O₃的摩爾之和與Ce₂O₃的摩爾比例為100：1；Y₂O₃加Al₂O₃的摩爾之和與SiO₂的摩爾比例為1：(0.75～1.25)。

更進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的熒光物質(zhì)為摻雜鉺的氧化釔，其合成的組分為Y₂O₃和Er₂O₃，發(fā)紅光的。

更進(jìn)一步地，步驟(1)的混合原料中，Y₂O₃與Ce₂O₃的摩爾比例為100：1；SiO₂與Y₂O₃摩爾比例為(1.25～0.75)：1。

更進(jìn)一步地，步驟(2)中的急冷淬火方式為將澆鑄后的模具置于淺水盤中。

更進(jìn)一步地，步驟(3)中超短脈沖激光的脈沖寬度為皮秒或飛秒。

更進(jìn)一步地，步驟(3)中超短脈沖激光的能量密度為10¹⁴-10²³watt/cm²。

上述的一種在玻璃內(nèi)部刻圖案的方法在制造指示牌、廣告板和工藝美術(shù)品領(lǐng)域中的應(yīng)用。

3.有益效果

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明先制成透明玻璃，然后采用飛秒激光的方法，用細(xì)窄的激光束局部地回火，結(jié)晶析出瑩光物質(zhì)的微米顆粒，使得玻璃內(nèi)部形成想要的圖案；

(2)本發(fā)明可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)超短脈沖激光的激光束焦點(diǎn)或移動(dòng)激光束的平面位置；從而在玻璃內(nèi)部形成二維或三維的圖案，圖案不是表面而是在內(nèi)部，可以是在厚度的中間，也可以是在任意厚度的面，刻上任意圖案，圖案的點(diǎn)的尺寸和線寬可以小到10微米；圖案可以是在兩維的平面，也可存在于不同厚度的平面，造成某種三維效果；圖案在含有藍(lán)色或紫外色波長(zhǎng)的光的照耀下，發(fā)出黃色或紅色的光；這種刻有內(nèi)部發(fā)光圖案的玻璃，在指示牌，廣告板，工藝美術(shù)品等方面可得到許多應(yīng)用；

(3)本發(fā)明的瑩光物質(zhì)在藍(lán)光的激發(fā)下產(chǎn)生黃色或紅色光，藍(lán)色，黃色，紅色能組合成白色和其它顏色；瑩光物質(zhì)還可被紫外光激發(fā)，被紫外光激發(fā)瑩光能產(chǎn)生魔術(shù)效應(yīng)，由于紫外光不可見(jiàn)，在黑暗的環(huán)境下用紫外激發(fā)瑩光物質(zhì)，瑩光物質(zhì)發(fā)出的可見(jiàn)黃色光和紅色光使人產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，不知光從何來(lái)。

附圖說(shuō)明

圖1引自現(xiàn)有技術(shù)，(a)急冷淬火后的玻璃，透明；(b)1500℃回火，黃色瑩光物質(zhì)結(jié)晶析出，均勻分布在整個(gè)基體；

圖2為本發(fā)明中在玻璃內(nèi)部刻圖案前后的對(duì)比示意圖，其中(a)為急冷淬火后的玻璃，透明；(b)為超短脈沖激光光束刻出的五星圖案。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。

實(shí)施例1

一種在玻璃內(nèi)部刻圖案的方法，具制作方法分兩步，第一是制作玻璃，第二是激光刻寫。

一.制作玻璃

(1)制作黃色熒光玻璃：熒光物質(zhì)為摻雜鈰的釔鋁石榴石，yttrium aluminum garnet doped with cerium，Ce:YAG(Y₃Al₅O₁₂)，制作步驟為：將以下材料的粉末研磨混和：42.5mol％SiO₂，20mol％Y₂O₃，34mol％Al₂O₃，3mol％Li₂O和0.5mol％Ce₂O₃。以上成分中，Y₂O₃和Al₂O₃的摩爾比例應(yīng)保持在3：5(3/5＝1.67)左右，或略大1.67，比如1.7。Y₂O₃加Al₂O₃的摩爾之和與Ce₂O₃的摩爾比例應(yīng)保持在100：1左右。SiO₂的摩爾量與Y₂O₃加Al₂O₃的摩爾量之和的比例較為靈活，1.25：1到0.75：1之間。

將混合的原料在鉑坩堝中在1650℃下熔融2小時(shí)。然后，將熔融玻璃澆鑄在碳模具中，制成平板。澆鑄的過(guò)程，盡可能急冷淬火，比如將碳模具置于淺水盤中。冷卻后此時(shí)物質(zhì)是非晶態(tài)，光學(xué)上是透明的。

(1)制作紅色熒光玻璃：熒光物質(zhì)為摻雜鉺的氧化釔，yttrium oxide doped with erbium，Y₂O₃:Er。制作步驟為：將以下材料的粉末研磨混和：42.5mol％SiO₂，54mol％Y₂O₃，3mol％Li₂O和0.5mol％Er₂O₃。以上成分中，Y₂O₃與Ce₂O₃的摩爾比例應(yīng)保持在100：1左右。SiO₂與Y₂O₃的摩爾比例較為靈活，1.25：1到0.75：1之間。

將混合的原料在鉑坩堝中在1650℃下熔融2小時(shí)。然后，將熔融玻璃澆鑄在碳模具中，制成平板。澆鑄的過(guò)程，盡可能急冷淬火，比如將碳模具置于淺水盤中。冷卻后此時(shí)物質(zhì)是非晶態(tài)，光學(xué)上是透明的。

二.激光刻寫

超短脈沖激光(ultrashort pulsed laser)是最近在激光加工領(lǐng)域的新技術(shù)。采用超短脈沖激光脈沖寬度為皮秒(pico-second,10^-12second)，甚至是飛秒(femto-second,10^-15second)。超短脈沖激光的能量密度很高，10¹⁴-10²³watt/cm²，但由于是脈沖，超短脈沖激光產(chǎn)生的熱影響區(qū)域很小。超短脈沖激光可以聚焦在玻璃內(nèi)部，在內(nèi)部制備或誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)，參考文獻(xiàn)2(趙全忠，超短脈沖激光微納制造：機(jī)理，工藝，應(yīng)用。中國(guó)激光微納加工技術(shù)大會(huì)，蘇州，2016年9月22日)激光的光束點(diǎn)可以控制在10微米。用超短脈沖激光來(lái)局部熱回火前面提到的玻璃，結(jié)晶析出的微米顆粒區(qū)域和激光脈沖光斑的尺寸接近。

本發(fā)明可以將激光束焦點(diǎn)調(diào)在玻璃板的厚層中間，然后移動(dòng)激光束的平面位置，就能在玻璃中間析出相應(yīng)位置的瑩光物質(zhì)，如圖2所示，本發(fā)明在玻璃內(nèi)部刻出五角星圖案。如果同時(shí)變化激光束的焦點(diǎn)，就能產(chǎn)生三維分布的瑩光物質(zhì)。黃色瑩光物質(zhì)的析出條件不同于紅色瑩光物質(zhì)，變化激光的能量改變黃色和紅色瑩光粉析出的數(shù)量，從而產(chǎn)生不同的平均顏色。所述瑩光物質(zhì)在藍(lán)光的激發(fā)下產(chǎn)生黃色或紅色光，藍(lán)色，黃色，紅色能組合成白色和其它顏色。

瑩光物質(zhì)還可被紫外光激發(fā)。被紫外光激發(fā)瑩光能產(chǎn)生魔術(shù)效應(yīng)。由于紫外光不可見(jiàn)，在黑暗的環(huán)境下用紫外激發(fā)瑩光物質(zhì)。瑩光物質(zhì)發(fā)出的可見(jiàn)黃色光和紅色光使人產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，不知光從何來(lái)。