Влияние хладагента на развитие микротрещины в процессе ЛУТ, страница 2

Максимальная скорость термораскалывания листового стекла была получена при использовании в качестве хладагента воздушно-водяной смеси. Это можно объяснить наиболее высокой удельной теплоемкостью воды по сравнению с другими использованными веществами.

	Рис.2 Влияние различных хладагентов на скорость v термораскалывания и глубину микротрещины d: 1 - 10-30%-ый водный раствор этилового спирта; 2 - вода; 3 - 5%-ый водный раствор глицерина; 4 - 10%-ый водный раствор глицерина; 5 - 20%-ый водный раствор глицерина.

 

	Рис.3 Зависимость скорости термораскалывания v от расхода воды в составе хладагента.

 

Из рисунков 3 и 4 видно, что с увеличением подачи хладагента, как скорость, так и глубина микротрещины увеличиваются практически линейно до определённого максимального значения. Дальнейшее увеличение количества подаваемой воды менее эффективно влияет на рост скорости термораскалывания, кроме того, снижается стабильность процесса.

Глубина проникновения микротрещины в первую очередь определяется профилем температурного поля к моменту подачи хладагента. Таким образом появляется зависимость глубины микротрещины от расстояния между краем лазерного пучка и точкой подачи хладагента (рис.5). Оптимальным временем подачи хладагента естественно считать тот момент времени, в который напряжения, соответствующие по модулю пределу прочности стекла на растяжение, проникнут в объем образца на

максимальную глубину.

	Рис.4 Зависимость скорости термораскалывания v от расхода воды в составе хладагента.

 

 

	Рис.5 Зависимости глубины микротрещины d от расстояния между краем лазерного пучка и точкой подачи хладагента для стекла толщиной 6 мм (1 - экспериментальные значения; 2 - расчетные значения).

 

Кроме использования чистых жидкостей, в качестве хладагента можно использовать суспензии мелкодисперсных частиц различных материалов, что открывает ряд совершенно новых возможностей, и позволяет по иному влиять на процесс ЛУТ.

В этой работе мной было проведено исследование влияния различных мелкодисперстых материалов, входящих в состав хладагента, на развитие микротрещины в процессе ЛУТ.

При подаче хладагента в зону нагрева лазерным пучком, часть хладагента испаряется, охлаждая поверхность. В зоне охлаждения создаются напряжения растяжения и образуется микротрещина, которая под действием тех же самых термических напряжений раскрывается на некоторый угол. При этом, некоторая часть мелкодисперсных капель попадает внутрь и заполняет микротрещину жидкостью. Далее, разность температур выравнивается, термоупругие напряжения уменьшаются, и микротрещина постепенно закрывается, вытесняя попавший в неё хладагент. Из-за отсутствия каких-либо дефектов и остаточных напряжений в стекле, между краями микротрещины возникает оптический контакт, и такая микротрещина получается невидимой, а со временем зарастает полностью. Если же в хладагент добавить какой-либо твёрдый материал в виде мелкодисперсных частиц, способных по своим размерам проникнуть в раскрытую микротрещину, то это не позволит ей закрыться. Таким способом удаётся добиться визуализации микротрещины, что облегчает контроль стабильности и качества ЛУТ. Частицы, попавшие в микротрещину, благодаря эффекту клина, дополнительно её углубляют, и уменьшают усилие, необходимое для докалывания.

В качестве хладагентов использовались водные суспензии различных мелкодисперсных материалов: аэросила, сажи, органического красителя, полирита.