基于熱裂法的微波切割玻璃關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、玻璃屬于硬脆性材料，因其理化特性及優(yōu)質(zhì)的機(jī)械性能廣泛應(yīng)用于多項(xiàng)工業(yè)領(lǐng)域。玻璃的切割技術(shù)主要包括機(jī)械法、熱熔法和熱裂法。熱裂法可實(shí)現(xiàn)非去除材料切割而被國內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注。激光加熱是國內(nèi)外學(xué)者研究熱裂法的過程中所采用的唯一加熱方法。該方法由于表面加熱效應(yīng)使切割斷面形貌不平，從而限制了熱裂法切割技術(shù)的發(fā)展?；诖耍疚奶岢龌隗w加熱的微波熱裂法切割技術(shù)，開發(fā)出高能微波聚焦系統(tǒng)對(duì)微波進(jìn)行聚焦從而對(duì)鈉鈣玻璃等硬脆材料進(jìn)行熱裂法切割加工。論文的主

2、要研究工作包括：
　　分析出微波熱裂法切割過程中鈉鈣玻璃吸收微波產(chǎn)生熱量的物理機(jī)制是其在高頻電磁場作用下的介質(zhì)損耗過程。分析了鈉鈣玻璃介質(zhì)損耗特性，指出其在2.45GHz微波頻段下?lián)碛休^高的電磁生熱轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)材料屬性一定時(shí)，影響電磁生熱轉(zhuǎn)化效率的主要因素為電場強(qiáng)度的分布和大小。
　　利用 HFSS軟件對(duì)所建立的微波聚焦系統(tǒng)聚焦特性進(jìn)行了仿真分析。首先建立兩種微波聚焦波導(dǎo)模型；通過電場強(qiáng)度的仿真分析與該電場強(qiáng)度加熱條件下測溫

3、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合驗(yàn)證聚焦波導(dǎo)電場強(qiáng)度仿真結(jié)果的正確性，并得到聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強(qiáng)度分布和大小；研究無柵欄結(jié)構(gòu)聚焦波導(dǎo)形狀與尺寸對(duì)聚焦區(qū)域電場強(qiáng)度分布和大小的影響；研究加?xùn)艡诮Y(jié)構(gòu)聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強(qiáng)度的分布和大小，對(duì)比分析柵欄結(jié)構(gòu)對(duì)聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強(qiáng)度分布與大小的影響；最終基于聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強(qiáng)度分布建立時(shí)域溫度與應(yīng)力有限元仿真過程中所加載的熱源理論模型。
　　進(jìn)行聚焦波導(dǎo)出口-玻璃距離、熱源移動(dòng)速度對(duì)裂紋萌生與擴(kuò)展的影響規(guī)律

4、研究。首先基于熱源理論模型建立可用于有限元仿真計(jì)算的鋸齒狀弓形熱源模型，并利用ANSYS APDL語言將該模型在ANSYS平臺(tái)加載到玻璃上；仿真分析聚焦波導(dǎo)出口-玻璃距離、熱源移動(dòng)速度對(duì)裂紋起始處應(yīng)力（決定微裂紋是否擴(kuò)展為宏觀裂紋以實(shí)現(xiàn)熱裂切割）的影響規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)研究提供有效工藝參數(shù)選擇范圍。
　　進(jìn)行微波熱裂法切割的工藝實(shí)驗(yàn)研究，將改變波導(dǎo)出口-玻璃距離、熱源移動(dòng)速度所得的切割實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果比較，驗(yàn)證了仿真方法和結(jié)果的正確性