玻璃破裂分析 理论应用,四川天马玻璃有限公司 生产成型室 田文忠 13568705249,,,,,•玻璃强度•破片的资讯•破坏面的资讯•制程资讯•结论,•工具•收集样品•观察•破片分析实例,内容,理论,应用,,,“破坏应力” 实际强度 = 理论强度 1/100~1/1000 这是为什么呢??,玻璃的强度,,,,,•破裂的发生,f (Stress,Crack,H2O),Failure =,玻璃的破裂,玻璃表面的缺陷,玻璃中张应力集中,,,,,,,,,•当裂痕很大的时候,很低的破坏应力即能将裂痕打开,1 KICY a,σf =σf =破坏应力a =裂痕的大小Y =裂痕形状因子KIC=破坏韧性,,,•玻璃的强度是,–对环境(湿度)和负荷速度敏感–破坏当时的破坏强度,•如果玻璃破裂时,… ...,f (Stress,Crack,H2O),– Failure =–受限于玻璃的缺陷,玻璃的强度,,,,,,消除origin,破裂起始点在哪里？,减少stress，什么应力,应力施加在哪里？,… .. 玻璃破裂的必要条件 origin & stress,当玻璃破裂时,破片的分析 可以收集到我们所需要的信息,,,找出破裂碎片的破裂原因/机制,,破裂碎片特征,,破坏面的特征,,找出0rigin/stress,,破裂过程信息,,结合（1）origin/stress+(2)破裂过程信息,,,,,•破裂碎片分析的目的,–,找出破裂原点Origin,破裂碎片的分析,,•破裂的原因,Forking分叉破裂形式Hertzian cone光滑物体撞击破裂Chip尖锐物体Chatter mark摩擦印记,–––––,•破坏面的表面特征,–––––,Wallner line 半圆弧度线印记Hackle Mark发射纹印记Arrest line 停止纹印记Sierra scarp锯齿纹印记Origin 破裂原点,破裂信息的来源,残留物,,ForkingHertzian Cone Chip Chatter mark 残留物,破裂碎片之间的特征（碎片与碎片）,Forking碎片间的分叉特征 •如同树枝状的延展 –多数以对称形状延展 •由分支数目的多寡，从而判断破坏当时的应力大小,Stress小Stress大,– forking少– forking多 forking,forking,,,,,,•一次裂痕才是我们所要调查的重点,一次与二次裂痕,二次,二次,二次,一次,,Forking少Forking多,Stress低Stress 高,机械应力所产生的forking（分叉分布）,低,中,高,极高,由分支数目的多寡，判断破坏应力的程度,,,Forking与,Origin位置关系,OriginOrigin,Origin on edge,Origin on surface,• 判断,Origin可能位置,,热应力所产生的Forking（分叉）,玻璃冷却过程中的热冲击破裂形式,Hertzian Cone Crack光滑物体撞击破裂•以下是有表面平滑的物体撞击玻璃所造成,Chip尖锐物体 • Chip由尖锐物体外力撞击造成 – Chip大小 外力大小 – Chip 外形轮廓 外力方向,外力,外力,外力,外力,外力,Chatter marks ( 已经蚀刻处理）,Chatter Mark摩擦痕迹•表面受到摩擦所留下的痕迹 –肉眼不容易看见 –从痕迹可以判断摩擦的运动方向 Friction Direction glass 10µm,摩擦的方向,玻璃表面上实际的摩擦痕迹,Chatter Mark摩擦痕迹,• Hertzian Cone Crack当光滑的物体撞击玻璃表面造成圆锥形360º裂痕,After BR Lawn, SM Wiederhorn,DF Roberts (1984) J. Mater. Sci 19 2561,若物体在表面开始移动，则形成摩擦裂痕chatter mark ——前方是受压状态（压力）后方是张力状态，圆弧裂痕在后方形成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,20,Display Technologies,Corning Restricted,Corning Technology Center,•物体接触玻璃必定留下残留物,–金属、塑胶、玻璃、油渍……,• Pattern也可视为残留物体,–,可判断裂痕与pattern 之间发生的先后顺序,金属残留物（光亮/反射率高）,有机残留物（易被二次污染）,Pattern—裂痕,裂痕—Pattern,残留物,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Wallner lines, Hackle mark发射 Arrest line, Sierra scarpMist Hackle, Mirror, Origin,破坏面的表面特征,,,,,,,,,,,,,,,,Wallner Line半圆弧线•与裂纹的方向是垂直的,....,–你应该知道池塘中的水波纹–看见发射线你就知道石头丢在池塘中的位置……,....,•Wallner line半圆弧线•origin,Wallner line圆弧线,•,–,破坏时stress应力种类由Wallner line形状,By bending,–上圆,:,(张应力,) ，,下(压应力,),–下圆,:,(压应力,) ，,下(张应力,),By pure tension,–对称均匀的外力使其往两侧裂开,如：thermal,、hooking,,,,,,Wallner line半圆弧线Primary and Secondary,Secondary Wallner line,(行进的速度快）,Primary Wallner line,(行进速度慢,),此两种Wallner lines可分辨裂痕行进方向如图所示origin在edge上缘，裂痕由左—向右延伸，上为张应力侧，下为压应力侧,张应力侧,压应力侧,,张应力侧,压应力侧,stress (张应力/压应力）。
Wallner Line by pure tension,热应力,玻璃冷却过程中的热冲击,裂痕行进的方向,Hackle mark放射线印记•与裂痕行进的方向平行 100µm,Hackle mark放射印记的形成机制,此部位有脱落的可能性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Origin原点的识别方法一,放射状Hackle mark的中心,半圆弧形Wallner line的中心,Hackle Marks放射线Origin,Wallner lines,•有裂痕的行进方向，往回追溯 起始原点的可能位置,origin Origin,,,,,,,,,,,,,,,,Origin识别方法二,•,Mist hackle,Mirror region,by bending stress (右侧为张力侧,),by pure tension,r,Mirror radius (r) =,两侧Mist hackle 边缘到 距离总和的一半或Mist hackle边缘至 的距离,originorigin,Origin r,Mist hackle Region,Origin r,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Mist Hackle, Mirror Mist Hackle,•非常细的,Hackle mark,origin,Mirror (镜面）•存在于 的周围•裂痕行进很缓慢的区域,),Mirror Radius, r (镜面半径• Mist hackle边缘至 的距离,origin,•,可由r推断破坏应力,A r,σ=,r,Origin r,MirrorMist Hackle,(A=,),Code1737, A = 65.3MPa mmS. T. Gulati, et al, “Mirror constant for AMLCD Glass”, American Ceramics Society Bulletin, Vol. 83, 5, pp14-15 (2004),镜面常数,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Arrest Line停止线,•,很深的发射线Wallner line,–裂痕停止又再度前进–应力方向发生改变,–类似停止线、暂停线、折痕,…...,Arrest line,,,Sierra Scarp锯齿纹•水与行进中的裂痕交互作用后的一种现象•发生在与水相关的破裂过程 裂痕行进的方向 裂痕行进的方向是由左往右，受到bending stress作用 （图片中下方为张应力侧，上方为压应力侧）,,,,,…...,Origin周围附近 •,必须查出origin形成的原因 :调查重点,– Origin位置,•坐标,,与最接近,Corner距离,, A-side 或,B-side…. ..,– Origin 周围的情况,•有无残留物,,有无刮伤,,有无裂痕,… ..,–造成玻璃破裂的原因,•Origin形成——物体接触玻璃制程•Stress形成——使玻璃变形的制程,这个非常重要,,,,,,,•接触点,– 制程,: alignment pin, roller, 桌,,水,……,–使用的材料,:不锈钢,,铝,,陶瓷,,塑胶,,橡胶,......,–接触的位置,:坐标,,与,Corner距离,, A-side 或,B-side,表面或边沿,...,•发生的应力,:方向,,速度,,大小,–机械应力–热应力,: 冷却过程中的温度差,•其他,–形成,Origin 的原因不一定是发生破片的诱因,Origin 与,Stress不一定同时发生,制程资讯,,,,,,,,,,,,,,,,,,,破片特征ForkingHertzian cone crackChip,破坏面特征Wallner lineHackle markArrest lineStress种类,接触点/,材料/,方向(形成,origin),热制程cycle /冷却制程,cycle ( thermal stress),机械应力方向/速度水的存在,/大小,结合(1) origin/stress + (2)制程资讯 找出破片原因/机制,。