Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Развитие теории и разработка комплекса технологий и оборудования для лазерной обработки кварцевого стекла

Диссертация: Развитие теории и разработка комплекса технологий и оборудования для лазерной обработки кварцевого стекла
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Научная новизна работы состоит в том, что разработаны новые 1 направления лазерной технологии обработки кварцевого стекла: управляемое лазерное термораскалывание, лазерная обработка кромки изделий и сварка в режиме глубокого проплавления. Традиционные методы обработки кварцевого стекла основываются на применении для сварки газовой горелки, для резки на применении алмазного инструмента… Читать ещё >

Содержание

  • Раздел I. ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
    • 1. Ведение
      • 1. 1. Лазерная и газолазерная резка стекла
      • 1. 2. Лазерное скрайбирование
      • 1. 3. Лазерное сквозное термораскалывание
      • 1. 4. Лазерное управляемое термораскалывание (ЛУТ)
    • 2. Математическая модель ЛУТ кварцевого стекла
      • 2. 1. Задача термоупругости ЛУТ пластины
      • 2. 2. Термоупругие напряжения в процессе лазерного управляемого термораскалывания (ЗБ задача)
      • 2. 3. Модель лазерной обработки кромки пластины
    • 3. Разработка технологии ЛУТ кварцевого стекла
      • 3. 1. Процесс лазерного управляемого термораскалывания кварцевого стекла с подачей хладагента
      • 3. 2. Исследование режима лазерного управляемого термораскалывания кварцевого стекла без подачи хладагента
      • 3. 3. Универсальная установка для лазерной резки методом ЛУТ
      • 3. 4. Измерение термонапряжений в процессе ЛУТ поляризационно-оптическим методом
  • Раздел II. ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
    • 1. Ведение
      • 1. 1. Сварка в режиме поверхностного нагрева
      • 1. 2. Лазерная сварка кварцевого стекла в режиме глубокого проплавлення
      • 1. 3. Особенности лазерной сварки стекла
      • 1. 4. Гидродинамические процессы при глубоком проплавлений
    • 2. Математическая модель процесса лазерной сварки в режиме глубокого проплавлення
    • 3. Исследование и определение оптимальных технологических режимов лазерной сварки кварцевого стекла с глубоким проплавлением
      • 3. 1. Зависимость глубины проникновения канала сварки от скорости перемещения
      • 3. 2. Зависимость глубины проникновения канала сварки от положения фокуса лазерного луча
    • 4. Разработка основных принципов конструирования установок лазерной сварки

Развитие теории и разработка комплекса технологий и оборудования для лазерной обработки кварцевого стекла (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Работа посвящена решению важной проблемы в области производства современных приборов микро — и оптоэлектроники — разработке лазерных технологий прецизионной обработки изделий из кварцевого стекла.

Лазерная технология получила широкое распространение в производстве различных оптических и электронных приборов. Уникальные свойства лазерного излучения позволяют эффективно использовать его для высокоточной размерной резки, прошивки микроотверстий, маркировки, сварки и других технологических процессов.

В работе рассмотрены основы обработки изделий из кварцевого стекла с использованием непрерывного лазерного излучения, особенности размерной обработки методом лазерного управляемого термораскалывания (ЛУТ) и лазерной сварки в режиме глубокого проплавления.

Традиционные методы обработки кварцевого стекла основываются на применении для сварки газовой горелки, для резки на применении алмазного инструмента, гидроабразивной струи или применении лазерного излучения в режиме испарения материала.

К основным недостаткам таких технологий следует отнести:

— сложность, а зачастую невозможность изготовления высокоточных сложных изделий из кварцевого стекла из-за того, что традиционные технологии в ряде случаев достигли пределов своих технологических возможностей;

— трудность получения высокой точности изделий сложной формы;

— необходимость проведения дополнительных операций обработки изготовленного изделия с целью снятия остаточных напряжений или доводки формы;

— низкая производительность процесса, связанная с применением на многих операциях ручного труда;

— низкая культура производства, характеризуемая малой степенью автоматизации процессов;

— большой расход материала при обработке кварцевого стекла, а также 1 используемых при обработке материалов.

Актуальность настоящей работы основана на возросшем в настоящее время требовании к точности и качеству изделий из кварцевого стекла, необходимости комплексной разработки новых методов прецизионного изготовления деталей из кварцевого стекла и их соединении 1 в монолитные изделия лазерной сваркой с глубоким проплавлением.

Целью работы является разработка комплекса технологий управляемого лазерного термораскалывания, обработки кромки изделий и сварки в режиме глубокого проплавления.

Решение поставленной цели включает следующие основные задачи:

— создание новых математических моделей, более подробно описывающих физические процессы технологий лазерной обработки кварцевого стекла;

— экспериментальное исследование и выбор оптимальных режимов лазерной обработки кварцевого стекла;

— разработка концепции создания специализированного оборудования для основных технологических процессов лазерной обработки кварцевого стекла;

Научная новизна работы состоит в том, что разработаны новые 1 направления лазерной технологии обработки кварцевого стекла: управляемое лазерное термораскалывание, лазерная обработка кромки изделий и сварка в режиме глубокого проплавления.

В диссертационной работе исследованы и проанализированы результаты различных методов и технологий обработки изделий из кварцевого стекла.

Экспериментально установлена взаимосвязь между основными параметрами процесса лазерной сварки кварцевого стекла в режиме глубокого проплавления.

Определены оптимальные режимы прецизионной размерной' резки изделий из кварцевого стекла методом ЛУТ.

Разработаны новые математические модели, подробно описывающие физические процессы технологий лазерной обработки кварцевого стекла.

Получены и обоснованы основные механизмы, определяющие технологический диапазон параметров лазерной обработки кварцевого стекла.

Разработаны основные принципы конструирования специализированного оборудования для лазерной обработки изделий из кварцевого стекла. Для технологического СОг лазера предложен и реализован асферический резонатор. Лазер с таким резонатором обеспечивает параметры излучения, требуемые в лазерных технологиях обработки кварцевого стекла.

Практическая значимость.

Исследования по теме диссертации связаны с решением практических задач в приборостроении и в ряде других областей промышленности и техники. Практическая ценность данной работы подтверждена актами внедрения результатов работы на отечественных и зарубежных предприятиях.

4 >

Результаты проведенных исследований показали, что применение лазерных технологий обработки изделий из кварцевого стекла позволяет по технико-экономическим показателям заметно повысить уровень разрабатываемых устройств.

На защиту выносятся следующие положения: новые принципы в подходе к созданию комплексной высокоэффективной технологии высокоточной обработки изделий из кварцевого стекла, базирующиеся на технологии прецизионной резки методом лазерного управляемого термораскалывания, лазерного притупления кромок изделий и лазерной сварки в режиме глубокого проплавлення;

— математические модели процессов обработки кварцевого стекла: лазерной сварки в режиме глубокого проплавлення, управляемого лазерного термораскалывания и лазерной обработки кромки изделий;

— результаты исследований влияния основных параметров лазерного излучения на-скорость сварки и глубину проплавлення кварцевого стекла;

— оптимальные технологические режимы и технология лазерной сварки кварцевого стекла в режиме глубокого проплавлення;

— результаты анализа и исследований особенностей процесса лазерного управляемого термораскалывания кварцевого стекла с подачей хладагента и без подачи хладагента;

— технология лазерного управляемого термораскалывания кварцевого стекла и технология лазерной обработки кромки изделий из кварцевого стекла;

— специальное технологическое оборудование для новых направлений лазерной обработки изделий из кварцевого стекла.

Заключение

.

В процессе исследований получены следующие основные результаты:

1. Впервые разработан комплекс высокоэффективных технологий и оборудования для лазерной обработки деталей из кварцевого стекла.

2. Разработана математическая модель процесса лазерного управляемого термораскалывания и лазерной сварки в режиме глубокого проплавления изделий из кварцевого стекла, позволяющая производить расчеты температурных полей и термонапряжений.

3. Установлена взаимосвязь между основными параметрами процесса ЛУТ и лазерной сварки в режиме глубокого проплавления деталей из кварцевого стекла, используемых в производстве изделий приборостроения и микрои оптоэлектроники, позволившая определить оптимальные технологические режимы.

4. Получены новые научные данные, позволившие разработать технологический процесс лазерного управляемого термораскалывания и лазерной сварки в режиме глубокого проплавления изделий из кварцевого стекла .

5. Разработана общая концепция построения специализированного технологического оборудования для прецизионной лазерной обработки изделий из кварцевого стекла.

6. Разработаны и обоснованы критерии и требования к основным функциональным узлам и механизмам технологического оборудования лазерной обработки изделий из кварцевого стекла.

Показать весь текст

Список литературы

  1. http://www.gequartz.com/en/properties.htm
  2. С.П., Кварцевое стекло, его свойства, производство и применение, М., ОНТИ, 1934, 214с.
  3. Handbook of Glass Properties Academic Press, N.Y., 1986
  4. Handbook of Chemistry and Physics" CRC Press, Ohio, 1978
  5. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина, М., Атомиздат, 1976, 1008 с.
  6. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок /под ред. В. Я. Панченко, М., Физматлит, 2009, 664с.
  7. Г. А., Гурьянов В. М., Муратова Л. П., Резка стекла лазерным лучем, Стекло и керамика, 1972, № 10, с. 10
  8. Г. А. Лазерная обработка, стекла, М., Сов. Радио, 1979, 136 с.
  9. Д., Промышленные применения лазеров, М., Мир, 1981
  10. О., Способы точной обработки неорганических материалов, Кикай-но кэнкю, 1971, т. 23. № 3, с. 515. ВЦП № Ц 84 827, с. 18
  11. В.П., Тычинский В. П., Газолазерная резка материалов, Квантовая электроника, 1972, № 5, с'.З
  12. Д., Действие мощного лазерного излучения, М., Мир, 1974, 468 с.
  13. Патент Англия 1 228 513 МКИ С 1 М Резка стеклянной ленты лучом лазера
  14. В.Ф., Гурьянов В. М., Мачулка Г. А., Лазерная технологическая установка для резки профильного стекла, Квантовая электроника, 1971, № 6, С.84
  15. Saifi M.F., Pack U.E., Scribing glass with pulsed and Q-switched C02 laser J. Amer. Cer. Sos., 1973, v. 56, N 9, p.850
  16. Lumley R. M., Controlled separation of brittle materials used a laser, J. I
  17. Amer. Cer. Soc., 1969, v.48, N 9, p.850
  18. Патент США 3 932 726 МКИ С 03 В 33/00, Способ резки стекла,
  19. Патент США 3 935 419 МКИ С 03 В 33/00, Способ резки стеклянных и стеклокерамических изделий
  20. Патент Англия 1 441 650 МКИ С 03 В 33/02, Способ резки листового стекла и устройство для его осуществления
  21. .А., Выдрина B.C., Захаров В. Г. и др., Лазерная установка «Квант-20″ для резки стекла, Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1979, в. 1(7), с. 11.
  22. Е.К., Кондратенко B.C., Мачулка Г. А., Чуйко В. В., Управляемое термораскалывание стекла с помощью лазерного излучения, Электронная промышленность, 1978, № 9, с. 65−68.
  23. Chabbert D., Sondage: electrons or photons? Mach, mod., 1984, N 882, p. — 35−411
  24. Г. В., Новик A.E., Сасоров В. П. и др. Светолучевая резка и сварка стекла в производстве электровакуумных приборов, Электронная промышленность, 1973, в. 1(15), с. 74−76.
  25. B.C., Способ резки листового стекла, Авторское свидетельство СССР № 776 002 МКИ С 03 В 33/02, 1979
  26. B.C. Исследование и разработка процесса резки стекла методом лазерного управляемого термораскалывания, дисертация канд. техн. наук., М., 1983.
  27. B.C., Танасейчук A.C., Шершнев Е. Б. Новые эффективные способы лазерной обработки листового стекла, Электронная техника, Сер. 11, Лазерная техника и оптоэлектроника, 1986, № 4(40), с. 38.
  28. В. С., Способ резки хрупких материалов, Патент РФ № 2 024 441, МКИ СОЗ В 33/0, 1991.
  29. В.П., Осипова В. А., Сукомел A.C., Теплопередача М.,"Энергоиздат», 1981, 416 с.
  30. Е.В. Исследование процессов испарения и кипения жидкостей, ЖТФ, 2010. т.80, в.8, с. 32−37.
  31. С.З., Китанин Э. Л. Технческая термодинамика и теплопередача, СПб, Изд. СПб ГТУ, 1999, 319 с.
  32. В.И., Теплообмен при кипении, Киев, Наукова думка, 1979,313 с.
  33. Харри Уонг, Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров, Справочник, М., Атомиздат, 1979, 216 с.
  34. В.Е., Кондратенко B.C., Гиндин П. Д., Сек-Джун Ли, Наумов A.C., Разработка технологии лазерного управляемого термораскалывания плоских дисплейных панелей, Приборы. 2005. № 4 (58), с.35−38.
  35. B.C., Танасейчук A.C. Применение лазерной технологии в производстве изделий из кварца. — В кн.: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара «Лазерная технология в приборостроении». Москва, Рига, 1985, с.48−49.
  36. В.А., Кондратенко B.C., Танасейчук A.C., Шалупаев C.B., Шершнев Е. Б., Анализ особенностей лазерного термораскалывания кварцевого стекла, Электронная техника, сер. Лазерная техника и оптоэлектроника, в. 3 (59), 1991, с. 90- 92
  37. H.H., Углов A.A., Кокора А. Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975. — 296 с.
  38. У., Лазерная технология и анализ материалов: Пер. с англ. М., Мир, 1986.-504 с.
  39. В. -Теория упругости, М., Мир, 1975
  40. B.C., Борисовский В. Е., Гиндин П. Д., Ежов В.П., I
  41. КолесникВ.Д., Жималов А. Б. и др. Лазерная резка стекла в процессе выработки, Приборы. 2006, № 8 (74), с. 52−56.
  42. B.C., Борисовский В. Е., Гиндин П. Д. Разработка и внедрение технологии резки флоат-стекла, Вестник МГУПИ, 2007, № 7, с. 73.80.
  43. B.C., Гиндин П. Д., Борисовский В. Е., Колесник В.Д., I
  44. A.B. Российские высокие технологии в производстве приборов микро и оптоэлектроники, Интеграл, 2008, № 6 (44), с. 8−9.
  45. В.Е., Бычков В. А., Метельская И. В., Уколов В. В. Асферический резонатор СО2 — лазера, Сб. Вопросы специальной радиоэлектроники, сер. Общие вопросы радиоэлектроники, 1989, в. 14, с. 45.54.
  46. В.Е., Бычков В. А., Герасимов А. Н., Уколов В. В. Стабильность мощности излучения технологического лазера с тороидальным резонатором, Квантовая электроника, 1990, т.17, № 6, С. 704.707.
  47. В.Е., Бычков В. А., Боев В. В., Гаврюшенко Б. С. Применение асферической оптики для повышения качества излучения, Всесоюзная конференция «Применение лазеров в народном хозяйстве», г. Звенигород, М. Наука, 1985, с. 28.
  48. В.Е., Бычков В. А., Уколов В. В. Асферический резонатор технологического лазера, Всесоюзная конференция «Применение лазеров в народном хозяйстве», г. Шатура, НИЦТЛАН, 1989, С. 72.73.
  49. В.Е., Бычков В. А., Уколов В. В., Юдин С. И., Лазерная технологическая установка с тороидальным резонатором, Всесоюзная конференция «Применение лазеров в народном хозяйстве», г. Шатура, НИЦТЛАН, 1989, с.73−74.
  50. В.Е., Бычков В. А., Гаврюшенко Б. С., Глаголев В. В., Уколов В. В. Авторское свидетельство СССР № 214 942, МКИ H01S 3/08, от 16.04.84.
  51. В.Е., Бычков В. А., Уколов В. В. Авторское свидетельство СССР № 315 866, МКИ, НО 1S 3/08, от 15.03.89.
  52. B.E. Современные методы лазерной обработки кварцевого стекла. 2, Лазерное управляемое термораскалывание //
  53. Приборы, № 5 (119), 2010, с. 45 47
  54. В.В., Андрейкив А. Е., Партон В. З. Основы механики разрушения материалов, т. 1 Справочного пособия в четырех томах «Механика разрушения и прочность материалов» под ред. Панасюка В. В., Киев, Наукова Думка, 1988, с. 488
  55. М.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами, т.2 Справочного пособия в четырех томах «Механика1.(разрушения и прочность материалов» под ред. Панасюка В. В., Киев, Наукова Думка, 1988, с. 620
  56. Г., Корн Т., Справочник по математике, М., Наука, 1977
  57. В. С. Патент РФ № 2 163 226, МКИ С 03 В 33/02, Способ притупления острых кромок изделий (Варианты), 2000.
  58. B.C., Борисовский В. Е., Гиндин П. Д., Наумов A.C., Седаева Н. Р. Лазерное притупление острых кромок изделий, Приборы, № 12(66), 2005, с. 37−41
  59. Кондратенко B.C.,' Борисовский В-Е., Гиндин П. Д., Наумов A.C., Сюй Тунг Минг, Сюй Чи Вай Пери Новая технология лазерного притупления острых кромок изделий из стекла, //Сб. трудов МНТК Стеклопрогресс XXI, г. Саратов, 27−30 мая 2008 г.
  60. В.Е., Кондратенко B.C. Laser processing of a quartz glass, //Сб. трудов МНТК «Информационные технологии в науке, технике иобразовании», г. Хаммамет (Тунис), 12.19 октября 2008 г., М., 000 «Мирея», 2009, т.1, с. 12.18,
  61. B.C., Борисовский В. Е., Гиндин П. Д., Сорокин А. В., Наумов А. С., Колесник В. Д., Черных С.П.Установка для лазерной резки приборных пластин // Приборы, 2006, № 4 (70), с. 38−43.
  62. В.Е., Гиндин П. Д., Кондратенко B.C., Наумов А. С., Лазерное технологическое оборудование для резки приборных пластин из различных материалов, Вестник МГУПИ,' 2007, № 7, с. 64−72
  63. А. Я., Ахметзянов.М. X. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела- М., 1973.71. http://www.elektrosteklo.ru/FS visible rus. htm
  64. Anderson J.E., Jackson J.E. An Evaluation of pulsed Laser Welding: In «Laser Welding and Machining» (Seminar on new industrial technologies at the Pennsylvania-State University, June 27 to July 2, 1965), 1966, p. 4−25.
  65. Locke E., Hoag E., Hella R. Deep Penetration Welding with, High Power C02 Lasers. Weld: J., 1972, v. 51, № 5, p. 245
  66. Swift-Hook D.T., Gick A.E.F. Penetration Welding with Laser. -Marchwood Engineering Lab., R/M/№ 637, June 1972, pi 1−11
  67. В.К. Многопрофильная лазерная обработка кварцевого стекла, Электронный журнал «Исследовано в России» http://2hurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/053.pdf
  68. Е.А., Лопота В.А., Горный С. Г. Динамика формирования шва при сварке С02-лазером. Автоматическая сварка, 1982, № 2 (347), с. 22−25.
  69. А.Г., Иванов Ю. Н., Кваша Ю. Н. и др. Расчет тепловых процессов при лазерной сварке. — Известия ВУЗов. Машиностроение, I1981, № 11, с. 135−138.
  70. B.C., Алейник И. И., Гукетлев Ю. Х., Танасейчук А. С. Новый технологический процесс лазерной сварки кварцевого стекла -Электронная промышленность. — 1989, № 4.
  71. Стекло. Справочник под ред. Н. М. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973. -487 с.
  72. В.К., Мазурин О. В. Свойства кварцевого стекла. Л.: Наука, 1985.- 166 с.
  73. Л.П., Леко В. К. Кварцевой стекло в производстве электровакуумных изделий / Под общ. Ред. Р. А. Нилендера. М.: Энергоиздат, 1981. — 88 с.
  74. К. Дж. Разрушение стекла, гл.1 в т.7 «Разрушение неметаллов и композитных материалов» в сб. «Разрушение» в 7 томах под. ред. Г. Либовиц, М. Мир, 1976
  75. Л.М., Поллак В. В. Технология стекла, М., Стройиздат, 1971, 368 с.
  76. О.В., Стрельцина Н. В., Швайко-Швайковская Т.П. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов. Справочник т. 1. Стеклообразный кремнезем и двухкомпонентные силикатные системы. -Л.: Наука, 1973, с. 17−157.
  77. А.Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики, М., ' Наука, 2006
  78. В.Е., Кондратенко B.C., Гиндин П. Д. Лазерная сварка кварцевого стекла с глубоким проплавлением, Вестник МГУПИ, 2006, № 5, с. 13.22
  79. В.Е. Современные методы лазерной обработки кварцевого стекла. 1. Лазерная сварка с глубоким проплавление // Приборы, № 3 (117), 2010, с. 47 49
  80. В.Е., Кондратенко B.C. Математическая модель процесса лазерной сварки в режиме глубокого проплавления и сравнение с экспериментальными исследованиями, Сб. трудов МНТК Стеклопрогресс XXI, г. Саратов, 25−28 мая 2010 г., с.
  81. B.C., Борисовский В. Е., Гиндин П. Д. Сварка кварцевого стекла// Монография. -М., ИРВИ-Водолей, 2006, с. 114
  82. B.C., Борисовский В. Е. Лазерная обработка кварцевого стекла// Монография. -М., изд. МГУПИ, 2011, с. 157
  83. B.C., Лазерная обработка материалов. Сб. статей- М. наука и технолоии. 2011,390 с.
  84. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T., Schultz P. Method and apparatus for creating a refractive gradient in glass using laser energy, Patent US 2 002 050 153 Al, 02.05.2002, MKH C03B 37/01
  85. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T. Method and apparatus for thermally processing quartz using a plurality of laser beams, Patent US 2 002 050 488 Al, 02.05.2002, MKH B23K 26/32.
  86. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T. Method and apparatus for fusion welding quartz using laser energy, Patent US 2 002 053 559 Al, 09.05.2002, MKH B23K 26/32/
  87. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T., Schultz P. Method and apparatus for concentrically forming an optical perform using laser energy, Patent US 2 002 056 291 Al, 16.05.2002, MKH C03B 37/018.
  88. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T., Schultz P. Method and apparatus forpiercing and thermally processing quartz using laser energy, Patent US 2 002 096 501 Al, 25.07.2002, MKH B23K 26/38.
  89. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T., Nemera V., Vlassov V., Bykov A.
  90. Method, apparatus, and article of manufacture for determining an amount ofenergy needed to bring a quartz workpiece to a fusion weldable condition,
  91. Patent US 2 003 196 994 Al, 23. 10.2003, MKH B23K 26/32.j i
  92. Borissovskii V., Nikitin D., Michel T., Schultz P. Method and apparatus for concentrically forming an optical perform using laser energy, Patent US 2 004 045 323 Al, 11. 03.2004, MKH C03B 37/012.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!