玻璃破裂分析

1、,玻璃破裂分析 理論應(yīng)用,四川天馬玻璃有限公司 生產(chǎn)成型室 田文忠 13568705249,,,,,?玻璃強(qiáng)度?破片的資訊?破壞面的資訊?制程資訊?結(jié)論,?工具?收集樣品?觀察?破片分析實(shí)例,內(nèi)容,理論,應(yīng)用,,,“破壞應(yīng)力” 實(shí)際強(qiáng)度 = 理論強(qiáng)度

2、 1/100~1/1000 這是為什么呢??,玻璃的強(qiáng)度,,,,,?破裂的發(fā)生,f (Stress,Crack,H2O),Failure =,玻璃的破裂,玻璃表面的缺陷,玻璃中張應(yīng)力集中,,,,,,,,,?當(dāng)裂痕很大的時(shí)候,很低的破壞應(yīng)力即能將裂痕打開,1 KICY a,σf =σf =破壞應(yīng)力a =裂痕的大小Y =裂痕形狀因子KIC=

3、破壞韌性,,,?玻璃的強(qiáng)度是,–對(duì)環(huán)境(濕度)和負(fù)荷速度敏感–破壞當(dāng)時(shí)的破壞強(qiáng)度,?如果玻璃破裂時(shí),… ...,f (Stress,Crack,H2O),– Failure =–受限于玻璃的缺陷,玻璃的強(qiáng)度,,,,,,消除origin,破裂起始點(diǎn)在哪里？,減少stress，什么應(yīng)力,應(yīng)力施加在哪里？,… .. 玻璃破裂的必要條件origin & stress,當(dāng)玻璃破裂時(shí),破片的分析

4、 可以收集到我們所需要的信息,,,找出破裂碎片的破裂原因/機(jī)制,,破裂碎片特征,,破壞面的特征,,找出0rigin/stress,,破裂過程信息,,結(jié)合（1）origin/stress+(2)破裂過程信息,,,,,?破裂碎片分析的目的,–,找出破裂原點(diǎn)Origin,破裂碎片的分析,,?破裂的原因,Forking分叉破裂形式Hertzian cone光滑物體撞擊破裂Chip尖銳物體Chatter mark摩擦印記,–––

5、––,?破壞面的表面特征,–––––,Wallner line 半圓弧度線印記Hackle Mark發(fā)射紋印記Arrest line 停止紋印記Sierra scarp鋸齒紋印記Origin 破裂原點(diǎn),破裂信息的來源,殘留物,,ForkingHertzian ConeChipChatter mark 殘留物,破裂碎片之間的特征（碎片與碎片）,Forking碎片間的分叉特征

6、?如同樹枝狀的延展–多數(shù)以對(duì)稱形狀延展?由分支數(shù)目的多寡，從而判斷破壞當(dāng)時(shí)的應(yīng)力大小,Stress小Stress大,– forking少– forking多forking,forking,,,,,,?一次裂痕才是我們所要調(diào)查的重點(diǎn),一次與二次裂痕,二次,二次,二次,一次,,Forking少Forking多,Stress低Stress 高,機(jī)械應(yīng)力所產(chǎn)生的forking

7、（分叉分布）,低,中,高,極高,由分支數(shù)目的多寡，判斷破壞應(yīng)力的程度,,,Forking與,Origin位置關(guān)系,OriginOrigin,Origin on edge,Origin on surface,? 判斷,Origin可能位置,,熱應(yīng)力所產(chǎn)生的Forking（分叉）,玻璃冷卻過程中的熱沖擊破裂形式,Hertzian Cone Crack光滑物體撞擊破裂?以下是有表面平滑的物體撞擊玻璃所

8、造成,Chip尖銳物體? Chip由尖銳物體外力撞擊造成– Chip大小 外力大小– Chip 外形輪廓 外力方向,外力,外力,外力,外力,外力,Chatter marks ( 已經(jīng)蝕刻處理）,Chatter Mark摩擦痕跡?表面受到摩擦所留下的痕跡–肉眼不容易看見–從痕跡可以判斷摩擦的運(yùn)動(dòng)方向Friction Direction

9、glass10µm,摩擦的方向,玻璃表面上實(shí)際的摩擦痕跡,Chatter Mark摩擦痕跡,? Hertzian Cone Crack當(dāng)光滑的物體撞擊玻璃表面造成圓錐形360º裂痕,After BR Lawn, SM Wiederhorn,DF Roberts (1984) J. Mater. Sci 19 2561,若物體在表面開始移動(dòng)，則形成摩擦裂痕chatter mark

10、 ——前方是受壓狀態(tài)（壓力）后方是張力狀態(tài)，圓弧裂痕在后方形成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,20,Display Technologies,Corning Restricted,Corning Technology Center,?物體接觸玻璃必定留下殘留物,–金屬、塑膠、玻璃、油漬……,? Pattern也可視為殘留物體,–,可判斷裂痕與pattern 之間發(fā)生的先后順序,金屬殘留物（光亮/反射率高

11、）,有機(jī)殘留物（易被二次污染）,Pattern—裂痕,裂痕—Pattern,殘留物,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Wallner lines, Hackle mark發(fā)射Arrest line, Sierra scarpMist Hackle, Mirror, Origin,破壞面的表面特征,,,,,,,,,,,,,,,,Wallner Line半圓弧線?與裂紋

12、的方向是垂直的,....,–你應(yīng)該知道池塘中的水波紋–看見發(fā)射線你就知道石頭丟在池塘中的位置……,....,?Wallner line半圓弧線?origin,Wallner line圓弧線,?,–,破壞時(shí)stress應(yīng)力種類由Wallner line形狀,By bending,–上圓,:,(張應(yīng)力,) ，,下(壓應(yīng)力,),–下圓,:,(壓應(yīng)力,) ，,下(張應(yīng)力,),By pure tension,–對(duì)稱均勻的

13、外力使其往兩側(cè)裂開,如：thermal,、hooking,,,,,,Wallner line半圓弧線Primary and Secondary,Secondary Wallner line,(行進(jìn)的速度快）,Primary Wallner line,(行進(jìn)速度慢,),此兩種Wallner lines可分辨裂痕行進(jìn)方向如圖所示origin在edge上緣，裂痕由左—向右延伸，上為張應(yīng)力側(cè)，下為壓應(yīng)力側(cè),張應(yīng)力側(cè),壓應(yīng)力側(cè),,張應(yīng)力側(cè)

14、,壓應(yīng)力側(cè),stress (張應(yīng)力/壓應(yīng)力）。,,,,,,,,,,,,,,,,,Wallner Line by pure tension,熱應(yīng)力,玻璃冷卻過程中的熱沖擊,裂痕行進(jìn)的方向,Hackle mark放射線印記?與裂痕行進(jìn)的方向平行100µm,Hackle mark放射印記的形成機(jī)制,此部位有脫落的可能性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Origin

15、原點(diǎn)的識(shí)別方法一,放射狀Hackle mark的中心,半圓弧形Wallner line的中心,Hackle Marks放射線Origin,Wallner lines,?有裂痕的行進(jìn)方向，往回追溯 起始原點(diǎn)的可能位置,originOrigin,,,,,,,,,,,,,,,,Origin識(shí)別方法二,?,Mist hackle,Mirror region,

16、by bending stress (右側(cè)為張力側(cè),),by pure tension,r,Mirror radius (r) =,兩側(cè)Mist hackle 邊緣到 距離總和的一半或Mist hackle邊緣至 的距離,originorigin,Originr,Mist hackleRegion,Originr,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

17、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Mist Hackle, MirrorMist Hackle,?非常細(xì)的,Hackle mark,origin,Mirror (鏡面）?存在于 的周圍?裂痕行進(jìn)很緩慢的區(qū)域,),Mirror Radius, r (鏡面半徑? Mist hackle邊緣至 的距

18、離,origin,?,可由r推斷破壞應(yīng)力,Ar,σ=,r,Originr,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)

19、,鏡面常數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,Arrest Line停止線,?,很深的發(fā)射線Wallner line,–裂痕停止又再度前進(jìn)–應(yīng)力方向發(fā)生改變,–類似停止線、暫停線、折痕,…...,Arrest line,,,Sierra Scarp鋸齒紋?水與行進(jìn)中的裂痕交互作用后的一種現(xiàn)象?發(fā)生在與水相關(guān)的破裂過程

20、 裂痕行進(jìn)的方向 裂痕行進(jìn)的方向是由左往右，受到bending stress作用 （圖片中下方為張應(yīng)力側(cè)，上方為壓應(yīng)力側(cè)）,,,,,…...,Orig

21、in周圍附近?,必須查出origin形成的原因:調(diào)查重點(diǎn),– Origin位置,?坐標(biāo),,與最接近,Corner距離,, A-side 或,B-side…. ..,– Origin 周圍的情況,?有無殘留物,,有無刮傷,,有無裂痕,… ..,–造成玻璃破裂的原因,?Origin形成——物體接觸玻璃制程?Stress形成——使玻璃變形的制程,這個(gè)非常重要,,,,,,,?接觸點(diǎn),– 制程,: alignment

22、pin, roller, 桌,,水,……,–使用的材料,:不銹鋼,,鋁,,陶瓷,,塑膠,,橡膠,......,–接觸的位置,:坐標(biāo),,與,Corner距離,, A-side 或,B-side,表面或邊沿,...,?發(fā)生的應(yīng)力,:方向,,速度,,大小,–機(jī)械應(yīng)力–熱應(yīng)力,: 冷卻過程中的溫度差,?其他,–形成,Origin 的原因不一定是發(fā)生破片的誘因,Origin 與,Stress不一定同時(shí)發(fā)生,制程資訊,,,,,,,,,,,,,,,

23、,,,,破片特征ForkingHertzian cone crackChip,破壞面特征Wallner lineHackle markArrest lineStress種類,接觸點(diǎn)/,材料/,方向(形成,origin),熱制程cycle /冷卻制程,cycle ( thermal stress),機(jī)械應(yīng)力方向/速度水的存在,/大小,結(jié)合(1) origin/stress + (2)制程資訊

24、 找出破片原因/機(jī)制,Chatter mark殘留物找出origin位置與,Sierra scarpMirrorMist Hackle,結(jié)論,,,,與corner的距離約2-3cm矩形,ü 放大鏡 : 10倍/20倍,用于現(xiàn)場的初步觀察ü尺規(guī)或卷尺：測量重要位置的尺寸，ü 切割刀 :將樣品切成適當(dāng)大小ü 手套 :安全性üCD 盒/3M膠帶 :粘貼保存樣品

25、ü 油性筆: 標(biāo)示 ID,?酒精,/棉花棒,:,觀察破裂面時(shí)，用來清潔擦拭破壞面,?,顯微鏡：物鏡,5倍,/10倍,/20倍 ,,反射光源/穿透光源,, Normarski模式,?,黏土/鋁塊,:顯微鏡觀察時(shí)，用來固定樣品,,,?SEM/EDX :,可拍攝詳細(xì)的3D影像，以及殘留物的分析,?5%氬氟酸,:蝕刻后可突顯刮傷或裂痕,破裂碎片分析的工具,,,,,?不碰撞,/不摩擦,/不拼圖,–每個(gè)破片保持距離，面與面之間不要互相接觸

26、，保留原貌–盡量不要拼圖，容易受到碰撞而失去,原點(diǎn)origin,?不擦拭–殘留物是重要的線索之一? 繪制破片圖,Origin原點(diǎn)位置,–有時(shí)可由破片的圖形得知可能的–裂痕的兩側(cè)端點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)都很重要,,,,,?繪制破片圖,–標(biāo)示尺寸,,坐標(biāo),, OF, ID,–,標(biāo)示pattern side / non-pattern side,,或A-side / B-side,?破片的保存,–不碰撞,,不摩擦,,不拼圖,,不擦拭,?觀察

27、破壞面,–利用放大鏡觀察,,盡可能的詳細(xì)畫出草圖,(可得知裂痕行進(jìn)的方向0,),–重點(diǎn)放在兩個(gè)特征––,? Hackle marks鋸齒印記? Wallner lines 發(fā)射線印記找到origin觀察origin周圍痕跡,破裂碎片的分析步驟,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

28、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,繪圖Forking Map,不要忘記標(biāo)示OF位置,A-side up,A-side up,A-side up,A-side up,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,繪圖For

29、king Map,,堆疊后……,如果三個(gè)forking map都有共同的裂痕端點(diǎn)位置,,即表示極可能是,Origin位置,,,繪圖Forking Map,?當(dāng)遇到復(fù)雜的,Forking或大型破片時(shí),–拍照,– 手繪,?標(biāo)示?標(biāo)示?調(diào)整適當(dāng)?shù)墓饩€?標(biāo)示?標(biāo)示尺寸?標(biāo)示,IDscaleIDA-side/B-side,,3M或容易移除的膠帶,? 盡量使用? 盡

30、量讓破壞面保持干凈不要貼到膠帶,Origin,保存樣品,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,135mm,保存樣品,若知道哪片是,Origin原點(diǎn),? 若知道哪片是,origin,– 切下來貼到,FDD/CD盒上,(成對(duì)的,origin),2~3cm,– 每片間保持距離A,樣品的保存,若不知道,Origin原點(diǎn)位置,? 如果不確定,Origin的位置,,可把

31、全部的破片粘貼到白紙,/平板上,– 將每個(gè)破片分開粘貼,,避免碰撞,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,135mm,保存樣品,若不知道,Origin原點(diǎn)位置,? 如果不確定可將破片堆疊平放,Origin的位置,,并且破片較大,,亦無白紙,/平板時(shí),,,–底層放置較大的破片,,由大直小,,往上層堆疊,?可避免二次碰撞破壞面?記得每個(gè)破片要標(biāo)示,ID,? 繪制破片圖,),A,E,C,F,G,D,forking map (非

32、常重要B,H,,,,破片的觀察(1),? 找出,Wallner line 或,Hackle mark鋸齒印記來判斷裂痕行進(jìn)的方向,–一般狀態(tài)，特征少——標(biāo)示裂痕行進(jìn)的速度緩慢–激烈狀態(tài)，特征多——標(biāo)示裂痕行進(jìn)的速度快速,裂痕行進(jìn)的方向? Origin原點(diǎn)在哪里,??,???,,,,,,,,,,,,,,破片的觀察(2),–,以裂痕行進(jìn)的方向判斷起始原點(diǎn)origin,? 找出? 確認(rèn)

33、,Origin可能的位置Origin 附近,),– Hackle mark (origin會(huì)在放射狀– Wallner line (origin會(huì)在半圓形,Hackle mark的中心Wallner line 的中心,),),?切下適當(dāng)大小,Mirror region (有無存在( 約2~3cm矩形,)放置與顯微鏡下觀察,– Mist hackle 或origin位置,切這里,破

34、片的觀察(3),? 仔細(xì)觀察,– 凹陷–刮傷–殘留物，如光阻，金屬痕跡 面 碎玻璃、 油漬,( ),origin附近的任何可疑線索(點(diǎn) )(線 )*蝕刻需要在觀察完畢之后才可進(jìn)行，避免破壞線索,,? 完整的保存樣品,Origin原點(diǎn),??????,繪圖forking map確認(rèn)裂痕行進(jìn)的方向由裂痕的行進(jìn)方向找出origin的形成原因結(jié)合制程資訊，來判斷破

35、裂原因你已經(jīng)找到答案，著手進(jìn)行有針對(duì)性的整改和改善,破片分析的步驟,,(不管多久之前發(fā)生,),? 可分析任何時(shí)間發(fā)生的破片?可以得到正確的答案?可以找到真正的根治方法和對(duì)策,對(duì)破裂碎片進(jìn)行分析的優(yōu)點(diǎn),,,!!,!!注意?如果沒有證據(jù)，是無法找到真正的答案，一切都是猜測。,? Origin 與,Stress應(yīng)力不一定同時(shí)發(fā)生,?因?yàn)闆]有改變制程的條件，所以此破片跟此制程無關(guān)——這是錯(cuò)誤的觀念!!,?即使