基于热裂法的液晶玻璃基板激光切割技术研究

论文摘要

液晶玻璃基板以其优异的显示性能和轻薄的特点在现代工程领域中具有极其重要的研究意义和实用价值。由于液晶玻璃材料具有薄而脆的特点,使用传统机械切割方法容易产生较大的残余应力,极易产生断片,边缘碎屑与微裂纹等缺陷,因而容易崩边致使成品率较低且加工效率也不高。可控断裂切割是最近出现的一种很有潜力的激光切割手段,它具有很高的切割效率和高质量的切割断面。为了实现液晶玻璃基板的可控断裂切割,提出了一种基于热裂法的液晶玻璃基板激光切割新方法。采用了Nd:YAG激光在液晶玻璃基板上预置初始裂纹,用C02激光作为热源对其进行加热,诱导裂纹沿着切割路径扩展,最终实现液晶玻璃基板的无损断裂切割。本文首先分析介绍了本课题研究的背景和意义、以及激光切割玻璃等脆性材料的国内外研究现状；并阐述了本课题研究的目的、方法以及技术路线。分析了激光与材料相互作用的机理,玻璃材料对CO：激光的吸收方式。研究了材料断裂与裂纹扩展机制,为液晶玻璃基板的热裂法切割提供了理论基础。其次,本文利用有限元分析软件ANSYS进行了温度场与应力场的数值计算,建立了激光切割液晶玻璃基板温度场的有限元模型。搭建了激光切割液晶玻璃基板的实验系统,在进行了综合的数值模拟以及大量的激光切割实验基础上,从理论和实验结果深入分析研究了影响激光切割液晶玻璃基板的物理参数及加工工艺,如激光功率大小、扫描速度、光斑模式、光斑大小、加工材料性质及厚度等对加工过程和切割断面效果的影响,得到了一定条件下CO：激光切割液晶玻璃基板的最优参数。最后,对实验结果与仿真结果进行了分析对比,结果显示理论计算与实验结果基本吻合。通过实验可以验证理论计算的正确性,对实验可进行适当的预测。这一工作有效的提高了激光切割液晶玻璃基板的切割质量以及效率,推动了激光切割加工液晶玻璃基板行业的发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 课题研究内容及技术路线
• 第2章 激光切割液晶玻璃基板理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 液晶玻璃材料对激光的吸收
• 2.3 激光切割传热学基本理论
• 2.3.1 传热的基本方式
• 2.3.2 有限元法温度场分析
• 2.4 脆性断裂力学理论
• 2.4.1 裂纹扩展模式
• 2.4.2 裂纹尖端线性弹性场
• 2.4.3 裂纹扩展条件与断裂准则
• 2.5 小结
• 第3章 激光切割过程中温度场与应力场数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 温度场的有限元计算
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 不同时间时温度场分布
• 3.2.3 不同位置时温度场分布
• 3.2.4 光斑直径对温度的影响
• 3.2.5 激光功率对温度的影响
• 3.2.6 扫描速度对温度的影响
• 3.3 应力场的分析与计算
• 3.3.1 应力场基本理论
• 3.3.2 不同时刻扫描路径应力分布
• 3.4 小结
• 第4章 激光切割液晶玻璃基板实验研究
• 4.1 实验装置简介
• 4.2 实验材料与方法
• 4.3 工艺参数对切割的影响
• 4.3.1 激光功率对切割质量的影响
• 4.3.2 扫描速度对切割质量的影响
• 4.3.3 光斑直径对切割质量的影响
• 4.3.4 实验与仿真的对比分析
• 4.4 其他因素对切割质量的影响
• 4.4.1 激光光斑模式的影响
• 4.4.2 玻璃基板厚度对切割的影响
• 4.5 热裂法激光切割与机械切割效果对比
• 4.6 实验中的一些现象和问题
• 4.7 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果