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CO_2激光辐射消除玻璃边缘微裂纹的研究

作　者: 张一
导　师: 韩建军
学　校: 武汉理工大学
专　业: 光电子及信息材料
关键词: 玻璃激光辐射边缘微裂纹
分类号: TQ171.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 玻璃历史及应用现状及其分类  10-11
    1.2.1 玻璃发展历史  10-11
    1.2.2 玻璃的应用  11
  1.3 玻璃的种类  11-13
    1.3.1 普通平板玻璃  11-12
    1.3.2 深加工玻璃  12-13
  1.4 玻璃性质  13-14
    1.4.1 玻璃的力学性质  13-14
  1.5 增强玻璃强度的方法  14-15
  1.6 本论文的研究内容  15-17
  1.7 本章小结  17-18
第2章激光加工技术  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 激光原理  18-21
    2.2.1 激光基础知识  18-20
    2.2.2 激光产生的基本原理  20-21
  2.3 激光器及其分类  21
    2.3.1 激光器的构造  21
  2.4 不同种类的激光器  21-25
    2.4.1 固体激光器  22
    2.4.2 气体激光器  22-23
    2.4.3 液体激光器  23
    2.4.4 半导体激光器  23
    2.4.5 光纤激光器  23-24
    2.4.6 化学激光器  24
    2.4.7 X射线激光器  24
    2.4.8 自由电子激光器  24-25
  2.5 激光加工技术  25-29
    2.5.1 激光与物质作用  25-26
    2.5.2 激光加工技术应用  26-29
  2.6 玻璃的激光加工  29-30
  2.7 本章小结  30-31
第3章有限元ANSYS温度场模拟  31-40
  3.1 引言  31
  3.2 有限元理论基础  31-33
    3.2.1 差分法  31
    3.2.2 变分法  31-32
    3.2.3 有限元法  32-33
  3.3 有限元分析问题  33-34
    3.3.1 有限元应用范围  33
    3.3.2 有限元分析的基本步骤  33-34
  3.4 ANSYS软件介绍  34-36
    3.4.1 ANSYS发展过程  34-35
    3.4.2 ANSYS主要特点  35
    3.4.3 ANSYS主要功能  35-36
  3.5 ANSYS温度场模拟  36-39
    3.5.1 建立有限元模型  36-37
    3.5.2 模拟结果  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章实验设计  40-45
  4.1 实验内容  40
  4.2 实验方案  40
  4.3 实验设备  40-42
  4.4 性能测试  42-44
    4.4.1 弯曲强度  42
    4.4.2 边缘内应力大小  42-43
    4.4.3 玻璃边缘形貌分析  43-44
  4.5 本章小结  44-45
第5章实验与结果分析  45-55
  5.1 引言  45
  5.2 实验流程  45-46
  5.3 3MM平板玻璃实验结果及分析  46-53
    5.3.2 结果分析  52-53
  5.4 5mm玻璃实验结果与分析  53-54
  5.6 本章小结  54-55
第六章总结  55-56
参考文献  56-59
致谢  59

CO_2激光辐射消除玻璃边缘微裂纹的研究

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