Теоретический анализ. Часть 2

Как известно, в сложнонапряженном состоянии изотропного материала связь между компонентами напряжений и деформаций определяется обобщенным законом Гука, который в данном случае применим при всех нагрузках, так как для хрупких материалов предел прочности лежит ниже предела пропорциональности.

Из трех компонент напряжений наибольшую опасность представляет азимутальная составляющая, так как она является наиболее существенной для потенциального разрушения материала. Величины азимутальных напряжений сравнимы с пределом прочности керамики на разрыв. Поэтому при скрайбировании керамики (а тем более стекла) лазерным излучением может возникать неконтролируемое разрушение материала, что, следовательно, может привести к заметным неровностям при его разделении.

Показано, что с уменьшением длительности импульса или воздействия лазерного излучения величина азимутальной составляющей напряжений в стекле заметно снижается. Эти теоретические расчеты подтверждены результатами экспериментального исследования по скрайбированию стекла излучением двух разновидностей импульсных С02-лазеров: лазера с модуляцией питания газового разряда и лазера с модулированной добротностью, в котором импульсный режим обеспечивается путем резкого изменения усиления активной среды или перестройки оптического резонатора. Помимо конструктивных отличий, эти лазеры характеризуются различными параметрами лазерного излучения: длительность импульсов излучения лазера с модуляцией по питанию газового разряда имеет порядок 1 мс, в то время как длительность импульса излучения лазера с модулированной добротностью может быть меньшей 1 мкс при одновременном значительном повышении импульсной мощности.

Было установлено, что повышение частоты повторения импульсов свыше 2 кГц приводит к перегреву материала и к ухудшению качества скрайбирования.

Таким образом, авторами обосновано теоретически и достаточно наглядно подтверждено экспериментально, что для качественного скрайбирования хрупких материалов необходимо использовать импульсное излучение с длительностью импульса порядка 1 мкс и с умеренной средней мощностью, не приводящей к заметному общему нагреву скрайбируемого материала.

Теоретический анализ. Часть 1 Лазерная резка стекла Инженерный расчет режима лазерной возгонки отверстий и скрайбирования. Часть 1

Теоретический анализ