激光切割液晶玻璃表面质量分析

摘要

液晶玻璃广泛应用于笔记本电脑、监视器、高清晰壁挂式电视机以及通讯设备中。成品液晶玻璃面积较大，在制作成液晶显示屏前需要进行切割加工，工业生产中，液晶玻璃通常由机械切割方法切割完成。机械切割方法首先使用金刚石等硬质刀具划线，再用机械方式折断玻璃。采用机械方法切割完成的液晶玻璃切割面通常比较粗糙，而且需要进行抛光、清洗等后处理工序。液晶玻璃的另一种切割方式是激光切割。在采用激光切割液晶玻璃过程中，由于环境和不同切割参数的影响，液晶玻璃会出现裂纹等表面质量问题，本文将对激光切割液晶玻璃的表面质量开展研究。
　　液晶玻璃经过激光切割后，对玻璃表面进行显微分析，发现液晶玻璃出现一些边缘崩裂、规则排布的边缘裂纹、大小不一的气泡等表面质量问题。其中，这些边缘裂纹是在切割温度变化过程中，由起始细小裂纹逐步扩展并在扩展一定纵向距离后出现分叉联结而形成的。基于以上背景，本文通过理论推导、实验现象分析以及有限元模拟等方法，对激光切割液晶玻璃表面质量进行分析，主要研究内容如下:
　　首先从脆性断裂力学、热弹性力学以及传热学这几个角度对激光切割液晶玻璃的基本原理进行分析，并从断裂力学的角度分析边缘裂纹的应力强度因子计算方式以及断裂准则。
　　然后根据相关知识对激光切割液晶玻璃表面进行分析发现:稳态区裂纹大都呈规则排布，裂纹的扩展方向具有一定的规律，裂纹扩展是否满足最大周向拉应力强度因子理论;起始和末尾暂态区均有残缺现象，残缺现象比稳态区严重，末尾部分比起始位置产生的拉应力以及热影响区要大，导致末尾暂态区气泡现象以及裂纹扩展更为严重;激光照射过后，玻璃温度达到软化点，导致液晶玻璃表面有气泡产生。
　　其次，运用Abaqus软件对激光切割液晶玻璃进行近似模拟，建立气泡有限元模型。根据有限元分析结果得:气泡对于主裂纹边界温度具有升高作用，但是对于光斑半径临界点的温度升高作用要比边界小很多;孔径大的气泡会产生更大的热效应。要改善气泡问题主要有两种方法，一个是改变玻璃制作工艺提高玻璃质量，另一个是改变激光切割参数降低玻璃表面温度以提高切割质量。
　　最后，采用1/4节点法，建立边缘裂纹有限元模型，求解应力强度因子。对应力强度因子进行一定处理以及分析，探讨激光切割参数对于边缘裂纹扩展的影响:降低或者增大激光扫描速度，可以增大或者减小KⅠ和KⅡ的值;比较起激光扫描速度，激光功率对应力强度因子的影响更大。理论计算的裂纹偏转角与实验结果基本一致，即边缘裂纹的扩展方向基本满足最大拉应力理论。KⅡ是随着边缘裂纹扩展逐步增大的，接近裂纹分叉点阶段，KⅡ的增加值幅度比较大，也即此时偏转的角度会更大，这与实验结果基本一致。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 课题研究背景及意义

1．3 激光切割液晶玻璃表面质量分析的国内外研究现状

1．3．1 激光切割液晶玻璃的研究现状

1．3．2 切割脆性材料宏观断裂的研究现状

1．4 课题的主要研究内容

第二章 CO2激光器切割液晶玻璃基本理论

2．1 引言

2．2 激光简介

2．2．1 激光的特性以及应用

2．2．2 CO2激光器的工作原理以及特点

2．3 激光切割液晶玻璃的传热学理论

2．3．1 热传递的基本理论

2．3．2 热传递的基本方式

2．3．3 传热模型的边界条件

2．4 激光切割液晶玻璃的脆性固体断裂力学理论

2．4．1 裂纹尖端的应力场和位移场分析

2．4．2 脆性材料断裂准则

2．4．3 脆性材料的裂纹扩展理论

2．5 激光切割液晶玻璃热弹性力学的基本理论

2．6 本章小结

第三章 激光切割液晶玻璃的表面现象分析

3．1 切割实验介绍

3．2 实验现象分析

3．2．1 实验分析名词说明

3．2．2 裂纹的稳态区分析

3．2．3 边缘气泡分析

3．2．4 裂纹的暂态区分析

3．3 本章小结

第四章 激光切割液晶玻璃的模型建立以及仿真分析

4．1 引言

4．2 激光相关程序

4．2．1 子程序加载

4．2．2 Python数据后处理

4．3 有限元模型的建立

4．3．1 模型假定以及参数设定

4．3．2 气泡有限元模型建立

4．3．3 边缘裂纹模型建立

4．4 有限元分析结果

4．4．1 气泡温度分布图

4．4．2 热流密度场分析

4．5 本章小结

5．1 引言

5．2 气泡模拟与实验对比分析

5．2．1 孔对外边界温度的影响

5．2．2 不同孔径对外边界温度的影响

5．2．3 实验对比分析

5．3 边缘裂纹模拟与实验对比分析

5．3．1 不同激光扫描速度裂纹分叉点的SIF对比分析

5．3．2 激光切割温度场模拟分析

5．3．3 激光功率对裂纹扩展影响的模拟分析

5．4 边缘裂纹扩展分析

5．4．1 裂纹偏转角计算

5．4．2 Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子对比分析

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研项目和成果