CO激光辐射消除玻璃边缘微裂纹的研究

摘要

玻璃，作为一种材料有相当悠久的历史，是人们生活不可或缺一部分。随着电子和太阳能等工业的发展，玻璃又有了新的应用领域，这对玻璃的边缘质量提出了更高的要求。传统常用的物理和化学处理方法虽然在一定程度上可以满足要求，但效果并不是十分理想，同时在加工过程中还会产生大量废水，废酸等废弃物。本文题出一种新型的消除玻璃边缘裂纹的方法，通过激光辐射消除玻璃边缘微裂纹。
　　 论文选用波长为10.6μm的连续CO2激光器做激光源，以3mm超白玻璃为主要研究对象。被处理玻璃基板放置在速率可调的可移动平台上，激光光束与被处理玻璃基板的端面垂直，依次处理玻璃的四个端面。为了解在加工过程中玻璃的温度变化，利用ANASY软件建立了有限元模型，对激光辐射作用下玻璃边缘温度场进行了模拟。用光学显微镜对处理前后玻璃边缘微裂纹情况进行表征。采用多组不同的工艺参数进行了一系列实验，研究了不同激光功率，斑点大小和移动速率对实验结果的影响，并用5mm厚玻璃做对比实验。得到如下实验结果：
　　 1、激光斑点决定了单位面积玻璃基板接受的能量的大小，当激光斑点过小时，会在玻璃表面溅炸出小空洞，增大斑点，这种情况会得到改善。实验的最佳斑点直径范围为4mm～8mm。
　　 2、激光功率密度的大小会对处理结果产生非常明显的影响，功率密度越大，单位面积的能量越大，处理效果越明显，但前提是激光功率必须足够大，即不小于15W。当激光功率足够大时，激光功率密度大于100W/cm2，玻璃边缘会产生明显的变形。
　　 3、样品移动速率决定了单位时间内玻璃基板接收到的能量的大小，在一定条件下，比较慢的移动速率处理效果比较好，实验发现，样品的移动速率最好不超过0.5mm/s。
　　 4、通过5mm玻璃的对比实验可以知道，对于不同厚度的玻璃的处理工艺参数是不同，需要在具体实验中摸索合适的工艺参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2玻璃历史及应用现状及其分类

1.2.1玻璃发展历史

1.2.2玻璃的应用

1.3玻璃的种类

1.3.1普通平板玻璃

1.3.2深加工玻璃

1.4玻璃性质

1.4.1玻璃的力学性质

1.5增强玻璃强度的方法

1.6本论文的研究内容

1.7本章小结

第2章激光加工技术

2.1引言

2.2激光原理

2.2.1激光基础知识

2.2.2激光产生的基本原理

2.3激光器及其分类

2.3.1激光器的构造

2.4不同种类的激光器

2.4.1固体激光器

2.4.2气体激光器

2.4.3液体激光器

2.4.4半导体激光器

2.4.5光纤激光器

2.4.6化学激光器

2.4.7 X射线激光器

2.4.8自由电子激光器

2.5激光加工技术

2.5.1激光与物质作用

2.5.2激光加工技术应用

2.6玻璃的激光加工

2.7本章小结

第3章有限元ANSYS温度场模拟

3.1引言

3.2有限元理论基础

3.2.1差分法

3.2.2变分法

3.2.3有限元法

3.3有限元分析问题

3.3.1有限元应用范围

3.3.2有限元分析的基本步骤

3.4 ANSYS软件介绍

3.4.1 ANSYS发展过程

3.4.2 ANSYS主要特点

3.4.3 ANSYS主要功能

3.5 ANSYS温度场模拟

3.5.1建立有限元模型

3.5.2模拟结果

3.6本章小结

第4章实验设计

4.1实验内容

4.2实验方案

4.3实验设备

4.4性能测试

4.4.1弯曲强度

4.4.2边缘内应力大小

4.4.3玻璃边缘形貌分析

4.5本章小结

第5章实验与结果分析

5.1引言

5.2实验流程

5.3 3mm平板玻璃实验结果及分析

5.3.2结果分析

5.4 5mm玻璃实验结果与分析

5.6本章小结

第六章总结

参考文献

致谢