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)的機械性能廣泛應(yīng)用于多項工業(yè)領(lǐng)域。玻璃的切割技術(shù)主要包括機械法、熱熔法和熱裂法。熱裂法可實現(xiàn)非去除材料切割而被國內(nèi)外學者廣泛的關(guān)注。激光加熱是國內(nèi)外學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。基于此，本文提出基于體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)對微波進行聚焦從而對鈉鈣玻璃等硬脆材料進行熱裂法切割加工。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。當材料屬性一定時，影響電磁生熱轉(zhuǎn)化效率的主要因素為電場強度的分布和大小。
　　利用 HFSS軟件對所建立的微波聚焦系統(tǒng)聚焦特性進行了仿真分析。首先建立兩種微波聚焦波導(dǎo)模型；通過電場強度的仿真分析與該電場強度加熱條件下測溫

3、實驗相結(jié)合驗證聚焦波導(dǎo)電場強度仿真結(jié)果的正確性，并得到聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強度分布和大??；研究無柵欄結(jié)構(gòu)聚焦波導(dǎo)形狀與尺寸對聚焦區(qū)域電場強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)域電場強度的分布和大小，對比分析柵欄結(jié)構(gòu)對聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強度分布與大小的影響；最終基于聚焦波導(dǎo)聚焦區(qū)域電場強度分布建立時域溫度與應(yīng)力有限元仿真過程中所加載的熱源理論模型。
　　進行聚焦波導(dǎo)出口-玻璃距離、熱源移動速度對裂紋萌生與擴展的影響規(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、熱源移動速度對裂紋起始處應(yīng)力（決定微裂紋是否擴展為宏觀裂紋以實現(xiàn)熱裂切割）的影響規(guī)律，為實驗研究提供有效工藝參數(shù)選擇范圍。
　　進行微波熱裂法切割的工藝實驗研究，將改變波導(dǎo)出口-玻璃距離、熱源移動速度所得的切割實驗結(jié)果與仿真結(jié)果比較，驗證了仿真方法和結(jié)果的正確性