本發(fā)明屬于標記，涉及一種激光標記方法，尤其涉及一種基于碳化硅襯底與聚合物界面的激光標記方法。

背景技術：

1、生活中大部分聚合物材料(如聚乙烯、聚丙烯、熱塑性聚氨酯等)在一些特定的應用場合，需要對其表面進行標記，以便提供產品生產日期、有效期、序列號以及公司logo等信息。

2、激光標記是激光在工業(yè)上應用最為廣泛的技術之一。激光標記聚合物的原理是當高能激光輻照聚合物表面時，材料吸收光能，并將其轉化成熱能，引起快速的光熱轉化反應，從而使得材料發(fā)生炭化燒蝕，最終形成標記圖案。

3、激光標記無需油墨，也不需要油墨印標技術的高強度能量干燥過程，并且無需溶劑，因此更具有環(huán)境友好性。由于其標記快速、耐久性優(yōu)異、對比度高以及環(huán)境友好的特性，廣泛應用于塑料高分子、金屬以及陶瓷等各種材料的表面標記。通過改變激光束的操作參數如掃描速度、電流、光斑尺寸以及線寬度等，可以調控材料表面的激光標記效果，包括表面粗糙度、標記的對比度和清晰度以及色差等。

4、然而，大部分聚合物材料對近紅外激光并不敏感，在激光照射下不能發(fā)生炭化或發(fā)泡反應，導致激光標記技術無法普及。隨著研究的深入，研究人員發(fā)現，可以將激光敏感物質引入聚合物基體中，以提高對激光的響應性。

5、金屬氧化物是最常見的對激光有反應的一類物質，例如三氧化二銻、三氧化二鉍、四氧化三鐵、二硫化鉬等，均被用來提高聚合物材料的激光響應性。然而，上述物質整體填充的缺點也是不容忽視的：(1)激光敏感物質的摻入會影響聚合物基體的性能。例如，團聚現象會導致機械性能下降。此外，激光敏感物質(如黑色cnts、黃色bi2o3、白色biocl等)會影響聚合物基體的顏色，特別是對于透明聚合物(如pva、pmma、tpu等)，這種影響是致命的。(2)金屬氧化物添加劑存在一定的毒性，這限制了其在食品、醫(yī)藥等行業(yè)的應用。

6、由此可見，如何提供一種激光標記方法，克服大部分聚合物因沒有激光響應性而無法被標記的問題，同時避免在聚合物中整體填充激光敏感物質，改善激光標記效果，成為了目前本領域技術人員迫切需要解決的問題。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于碳化硅襯底與聚合物界面的激光標記方法，所述方法無需化學刻蝕和物理摻雜，僅需碳化硅襯底即可實現聚合物薄膜表面的激光標記，克服了大部分聚合物因沒有激光響應性而無法被標記的問題，同時避免了在聚合物中整體填充激光敏感物質，改善了激光標記效果，有利于大規(guī)模推廣應用。

2、為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、本發(fā)明提供一種基于碳化硅襯底與聚合物界面的激光標記方法，所述激光標記方法利用碳化硅襯底與聚合物薄膜之間的接觸界面處發(fā)生光熱轉換來實現激光誘導圖案化。

4、其中，所述碳化硅襯底的表面平整度為20-30μm，例如可以是20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

5、本發(fā)明利用高平整度的碳化硅襯底作為聚合物薄膜激光標記的基底，不僅避免了直接將激光敏感物摻入聚合物中而影響薄膜的顏色及機械性能，而且相較于其他襯底，碳化硅襯底在熱、化學、機械方面均非常穩(wěn)定，在多次重復使用后不會由于激光的高溫而破壞其自身結構。

6、此外，本發(fā)明提供的激光標記方法利用碳化硅襯底與聚合物薄膜之間的接觸界面處發(fā)生光熱轉換來實現激光誘導圖案化，滿足了多種聚合物材料的工業(yè)化、連續(xù)、高效大規(guī)模標記，且在標記過程中可以通過改變激光功率在聚合物薄膜表面獲得不同對比度及清晰度的文字和圖案，比傳統(tǒng)切割和刻蝕技術得到的標記更具優(yōu)勢。

7、進一步地，本發(fā)明提供的激光標記方法無需化學刻蝕和物理摻雜，僅需碳化硅襯底即可實現聚合物薄膜表面的激光標記，有效降低了成本，防止了環(huán)境污染，符合綠色環(huán)保的生產要求。

8、優(yōu)選地，所述激光標記方法包括以下步驟：

9、(1)制備碳化硅襯底；

10、(2)將透明的聚合物薄膜貼合在碳化硅襯底的表面，利用激光照射碳化硅襯底與聚合物薄膜之間的接觸界面，激光能量被界面吸收后轉換為熱能，使得聚合物薄膜發(fā)生熔化和原位碳化反應，沿著激光路線產生黑色碳顆粒附著在聚合物薄膜的表面，最終完成激光標記。

11、優(yōu)選地，步驟(1)所述碳化硅襯底的制備采用物理氣相傳輸法，具體包括以下步驟：

12、(1.1)將碳化硅粉末填充于石墨坩堝的底部，并將碳化硅籽晶固定于坩堝蓋的頂部；

13、(1.2)將石墨坩堝加熱至第一溫度，并保持碳化硅籽晶的溫度低于碳化硅粉末的溫度，當反應腔體內氣壓超過碳化硅晶體的飽和蒸氣壓，石墨坩堝中升華出的氣相碳化硅在碳化硅籽晶的表面進行結晶，形成碳化硅晶錠；

14、(1.3)將碳化硅晶錠進行平磨，得到碳化硅襯底。

15、優(yōu)選地，步驟(1.2)所述石墨坩堝的加熱方式包括射頻感應加熱或電阻加熱。

16、優(yōu)選地，步驟(1.2)所述第一溫度為2300-2400℃，例如可以是2300℃、2310℃、2320℃、2330℃、2340℃、2350℃、2360℃、2370℃、2380℃、2390℃或2400℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

17、優(yōu)選地，步驟(1.2)所述碳化硅籽晶的溫度低于碳化硅粉末的溫度范圍為50-100℃，例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

18、優(yōu)選地，步驟(1.2)所述碳化硅晶錠的中心厚度與邊緣厚度分別獨立地為90-100mm，例如可以是90mm、91mm、92mm、93mm、94mm、95mm、96mm、97mm、98mm、99mm或100mm，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

19、優(yōu)選地，步驟(2)所述激光包括半導體脈沖激光。

20、優(yōu)選地，步驟(2)所述激光的波長為1000-1100nm，例如可以是1000nm、1010nm、1020nm、1030nm、1040nm、1050nm、1060nm、1070nm、1080nm、1090nm或1100nm，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

21、優(yōu)選地，步驟(2)所述激光的掃描速度為600-1000mm/s，例如可以是600mm/s、650mm/s、700mm/s、750mm/s、800mm/s、850mm/s、900mm/s、950mm/s或1000mm/s，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

22、優(yōu)選地，步驟(2)所述聚合物薄膜的材質包括聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯或聚對苯二甲酸丁二酯中的任意一種。

23、優(yōu)選地，步驟(2)所述激光打標采用激光打標機進行，且所述激光打標機的輸出功率為20-40w，例如可以是20w、22w、24w、26w、28w、30w、32w、34w、36w、38w或40w，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

24、本發(fā)明提供的激光標記方法采用常規(guī)的激光打標機進行，只要能夠實現激光標記的功能即可，故在此不對激光打標機的具體型號及結構做特殊限定。

25、優(yōu)選地，步驟(2)所述激光打標的深度為200-400μm，例如可以是200μm、220μm、240μm、260μm、280μm、300μm、320μm、340μm、360μm、380μm或400μm，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

26、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，所述激光標記方法利用碳化硅襯底與聚合物薄膜之間的接觸界面處發(fā)生光熱轉換來實現激光誘導圖案化，具體包括以下步驟：

27、(1)采用物理氣相傳輸法制備碳化硅襯底，包括：

28、(1.1)將碳化硅粉末填充于石墨坩堝的底部，并將碳化硅籽晶固定于坩堝蓋的頂部；

29、(1.2)利用射頻感應加熱或電阻加熱的方式將石墨坩堝加熱至2300-2400℃，并保持碳化硅籽晶的溫度低于碳化硅粉末的溫度50-100℃，當反應腔體內氣壓超過碳化硅晶體的飽和蒸氣壓，石墨坩堝中升華出的氣相碳化硅在碳化硅籽晶的表面進行結晶，形成中心厚度與邊緣厚度分別獨立地為90-100mm的碳化硅晶錠；

30、(1.3)將碳化硅晶錠進行平磨，得到表面平整度為20-30μm的碳化硅襯底。

31、(2)將透明的聚合物薄膜貼合在碳化硅襯底的表面，利用輸出功率為20-40w的激光打標機將波長為1000-1100nm的半導體脈沖激光照射碳化硅襯底與聚合物薄膜之間的接觸界面，控制掃描速度為600-1000mm/s，激光能量被界面吸收后轉換為熱能，使得聚合物薄膜發(fā)生熔化和原位碳化反應，沿著激光路線產生黑色碳顆粒附著在聚合物薄膜的表面，最終完成深度為200-400μm的激光標記。

32、本發(fā)明所述的數值范圍不僅包括上述例舉的點值，還包括沒有例舉出的上述數值范圍之間的任意的點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。

33、相對于現有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：

34、(1)本發(fā)明利用高平整度的碳化硅襯底作為聚合物薄膜激光標記的基底，不僅避免了直接將激光敏感物摻入聚合物中而影響薄膜的顏色及機械性能，而且相較于其他襯底，碳化硅襯底在熱、化學、機械方面均非常穩(wěn)定，在多次重復使用后不會由于激光的高溫而破壞其自身結構；

35、(2)本發(fā)明提供的激光標記方法利用碳化硅襯底與聚合物薄膜之間的接觸界面處發(fā)生光熱轉換來實現激光誘導圖案化，滿足了多種聚合物材料的工業(yè)化、連續(xù)、高效大規(guī)模標記，且在標記過程中可以通過改變激光功率在聚合物薄膜表面獲得不同對比度及清晰度的文字和圖案，比傳統(tǒng)切割和刻蝕技術得到的標記更具優(yōu)勢；

36、(3)本發(fā)明提供的激光標記方法無需化學刻蝕和物理摻雜，僅需碳化硅襯底即可實現聚合物薄膜表面的激光標記，有效降低了成本，防止了環(huán)境污染，符合綠色環(huán)保的生產要求。