脉冲co2激光加工钠钙玻璃和氧化铝等陶瓷的技术研究

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1、分类号学号M201173007学校代码10487密级硕士学位论文脉冲CO2激光加工钠钙玻璃和氧化铝等陶瓷的技术研究学位申请人：许瑞学科专业：光学工程指导教师：王新兵教授答辩日期：2014.1.13万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonPulsedCO2Lasermachiningofsodalimeglassandalumin

2、aceramicsCandidate：XuRuiMajor：OpticalEngineeringSupervisor：Prof.WangXinbingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献

3、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名

4、：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要玻璃、陶瓷材料广泛应用于显示、能源等行业，这对加工质量提出了更高的要求。传统的加工方法存在着加工质量低下和效率不高等问题，激光加工相对于传统加工方法有许多的优点。但是采用连续激光加工玻璃、陶瓷材料时，温度效应会降低切割质量和切割速度。为了克服温度效应所带来的问题，本论文采用脉冲CO2激光来加工玻璃、陶瓷等脆性材料。首先，建立了有限单元模型，对激光切割玻璃的温度场、应力场进行计算，据此分析应力与温度关系，并且研究不同参数下（

5、激光的平均功率、仿真模型的厚度、扫描速度）温度和应力的变化规律。其次，介绍了脉冲CO2激光器的工作光路，并且研究了脉冲CO2激光器的输出波形和设定参数（激光平均功率、重复频率）的关系。对CNC（ComputerNumericalControl）运动平台的运动方式进行了介绍。再次，在不同激光参数（激光的平均功率、扫描速度、重复频率）下，分别研究了切割钠钙玻璃样品上的裂纹扩展方向和裂纹规模，打孔样品上的孔径大小还和打孔所需时间以及裂纹的扩展方向和规模。得出裂纹的扩展方向与规模和热影响区域有关，打孔所需

6、时间和单个脉冲能量有关，孔径尺寸在某个平均功率下取到最小值等结论。最后，为了研究材料性质在激光加工中起到的作用，我们采用CO2激光分别作用于Al2O3和ZrO2陶瓷。研究了在不同参数（激光平均功率、扫描速度、材料厚度、重复频率）下激光对实验样品作用的效果，在此基础上研究了材料性质的影响，得出Al2O3陶瓷的断裂与它的断裂韧性有关等结论。关键词：脉冲CO2激光有限单元玻璃陶瓷切割打孔I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractGlass,ceramicmaterialshavebeenwide

7、lyusedinthefieldofdisplayandsolarenergy,whichputforwardhigherrequirementsonthemachiningquality.Theconventionalmachiningmethodcannotimprovethequalityandtheproductivity.Lasermachininghasmanyadvantagesoverconventionalmachiningmethods,butthequalitymachini

8、ngbyCWlaserisrelativelypoorduetotemperatureeffect.InordertoovercomethedisadvantageofCWlaser,Pulsedlaserwasusedtomachiningsodalimeglass,aluminaandzirconiaceramics.Firstly,aFiniteElementModel(FEM)ofmachiningglasswithCO2laserwasestablishedtocalcu