光學(xué)玻璃具有良好的物理化學(xué)性能和獨(dú)特的光學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于航空航天、微機(jī)電、顯示與觸控等精密領(lǐng)域。光學(xué)玻璃是典型的硬脆性材料,在機(jī)械加工過(guò)程中極易產(chǎn)生表面裂紋和亞表面損傷,給加工制造帶來(lái)極大挑戰(zhàn)�？棙�(gòu)砂輪已被廣泛用于硬脆性材料的精密及其表面微結(jié)構(gòu)加工,為探究織構(gòu)砂輪磨粒的形狀及其排布方向?qū)δハ髻|(zhì)量的影響,本文系統(tǒng)研究不同形狀壓頭、不同刻劃方向微納刻劃BK7光學(xué)玻璃時(shí)的力--位響應(yīng)（P～h）、彈性回復(fù)率、摩擦特性、致密化、抗裂性、脆塑轉(zhuǎn)變及脆性去除等力學(xué)行為。通過(guò)納米壓痕實(shí)驗(yàn),測(cè)量分析BK7光學(xué)玻璃的彈性模量、微納硬度等材料特性;以單晶硅為參照對(duì)象,分析、計(jì)算BK7光學(xué)玻璃的斷裂韌性,其在相同條件下抵抗接觸載荷的能力和抵抗裂紋擴(kuò)展的能力比較弱。推導(dǎo)了不同形狀壓頭（Vickers、Berkovich/Cube cornor壓頭）不同刻劃方向（面朝前刻劃、棱朝前刻劃）刻劃時(shí)的P～h響應(yīng)關(guān)系模型,構(gòu)建不同刻劃深度下的考慮壓頭幾何形狀、材料參數(shù)的微納刻劃硬度模型和脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度模型。實(shí)驗(yàn)研究Vickers、Berkovich壓頭在相同刻劃載荷下,面朝前和棱朝前刻劃時(shí)BK7光學(xué)玻璃的P～h響應(yīng)、... 

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印壓的彈塑性應(yīng)力場(chǎng)模型

第一章緒論3應(yīng)力場(chǎng)的疊加。定性地說(shuō)，Yoffe的模型較好地預(yù)測(cè)了中位-徑向-橫向裂紋系統(tǒng)的產(chǎn)生和擴(kuò)展。萊斯大學(xué)學(xué)者Cook和Pharr等[8]在硬脆性材料的印壓實(shí)驗(yàn)觀察到圓錐形裂紋、徑向裂紋、中位裂紋、橫向裂紋、半硬幣（half-penny）五種不同類(lèi)型的裂紋，研究中發(fā)現(xiàn)Blister應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力強(qiáng)度因子B與印壓過(guò)程中由殘余應(yīng)力場(chǎng)引起的體積減少量有關(guān)系，而體積減少量與材料的致密性和塑形流動(dòng)密切相關(guān)。1.2.2硬脆性材料微納刻劃研究現(xiàn)狀（1）硬脆性材料微納刻劃實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀硬脆性材料的微納米刻劃是一個(gè)多因素共同影響的過(guò)程。天津大學(xué)的仇中軍[19]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的Rui[20]等在精密機(jī)床上分別對(duì)玻璃陶瓷和BK7光學(xué)玻璃進(jìn)行不同速度的刻劃實(shí)驗(yàn)，通過(guò)聚焦離子束(FIB)方法獲取截面情況和深寬比的變化，得到了兩種典型的硬脆性材料從塑性變形向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)隨著刻劃速度的增加，塑性變形區(qū)半徑和中位裂紋的長(zhǎng)度會(huì)變小，脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度會(huì)增加。法國(guó)學(xué)者Houerou[21]探究了環(huán)境濕度、加載歷史、玻璃的組成成分對(duì)刻劃行為的影響，發(fā)現(xiàn)刻劃形貌與濕度密切相關(guān)，濕度越高，在同一載荷下越早出現(xiàn)不同的損傷過(guò)程。濕度主要影響中位、徑向裂紋的擴(kuò)展，但在壓頭后方形成的橫向裂紋對(duì)濕度相對(duì)不敏感。在濕度為0%的環(huán)境下刻劃，幾乎沒(méi)有觀察到徑向裂紋和橫向裂紋。Ahn、Bulsara和Houerou等[22-24]各自在刻劃實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)材料變形及去除模式與刻劃載荷大小密切相關(guān)，并且對(duì)于低載荷而言，在刻劃過(guò)程中形成不同類(lèi)型的微裂紋，分別是中位裂紋、徑向裂紋以及橫向裂紋，硬脆性材料微納刻劃的裂紋系統(tǒng)示意圖如圖1-2所示。圖1-2硬脆性材料刻劃裂紋系統(tǒng)示意圖[23]

第一章緒論7寶石脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度的影響，但脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步探究。為了探討壓頭尖端半徑對(duì)硬脆性材料變形和去除的影響，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張飛虎團(tuán)隊(duì)[38]通過(guò)不同尖端半徑（40nm、1.5m）的Berkovich壓頭對(duì)Gd3Ga5O12（釓鎵石榴）進(jìn)行變載荷刻劃的研究，發(fā)現(xiàn)鈍壓頭刻劃時(shí)可以獲得光滑的凹槽底部，并且會(huì)產(chǎn)生分離的切屑；尖銳的壓頭刻劃會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的切屑，凹槽底部會(huì)產(chǎn)生微裂紋。華僑大學(xué)段念[39]在單晶碳化硅的刻劃實(shí)驗(yàn)中，探究圓錐形壓頭的圓弧半徑對(duì)材料去除的影響。隨著圓弧半徑的增加，單晶碳化硅的脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度增大，脆塑轉(zhuǎn)變過(guò)程中的裂紋長(zhǎng)度和損傷崩碎也逐漸增加。Axinte[40]通過(guò)激光加工中心燒蝕得到方形、三角形和圓形的楔形磨粒，探究不同形狀的磨粒對(duì)藍(lán)寶石材料去除的影響，如圖1-5所示。研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)寶石在方形和三角形楔形磨�？虅澾^(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量的晶間斷裂為主的裂紋。以圓形楔形磨粒為參考，藍(lán)寶石加工過(guò)程中方形和三角形楔形磨粒的特定切削力分別減少44%和66%。這在一定程度上體現(xiàn)了硬脆性材料加工過(guò)程中磨粒的幾何形狀對(duì)工程砂輪的重要性，但沒(méi)有更好地對(duì)劃痕微觀特征、表面形貌等進(jìn)行深入研究，工件對(duì)于不同形狀的磨粒加工過(guò)程所呈現(xiàn)的力學(xué)行為特征仍然很模糊。關(guān)于刀具形狀對(duì)硬脆性材料微納刻劃影響的研究，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者大部分研究藍(lán)寶石、單晶硅和碳化硅等材料的脆塑轉(zhuǎn)變和脆性去除，關(guān)于光學(xué)玻璃的研究很少。圖1-5不同形狀的磨粒模型及俯視圖：(a)幾何模型；(b)圓形；(c)方形；(d)三角形楔形磨粒[40]1.3.2光學(xué)玻璃脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度研究現(xiàn)狀在硬脆性材料的變切深刻劃中，隨著刻劃深度的增加，材料的去除模式由塑形去除

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同圓角半徑金剛石劃擦單晶SiC過(guò)程中的材料去除機(jī)理研究[J]. 段念,黃身桂,于怡青,黃輝,徐西鵬.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2017(15)
[2]基于變切深納米刻劃的K9玻璃表面成形特征及去除機(jī)制研究[J]. 張飛虎,李琛,孟彬彬,趙航,劉忠德.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(17)
[3]光學(xué)元件亞表層裂紋成核臨界條件研究[J]. 王洪祥,王景賀,嚴(yán)志龍,周巖,徐曦,鐘波.  強(qiáng)激光與粒子束. 2016(04)

博士論文
[1]石英玻璃的高效可控精密磨削機(jī)理研究[D]. 王偉.山東大學(xué) 2017

碩士論文
[1]脆性材料磨削材料去除及亞表面損傷的理論與仿真研究[D]. 王常楚.湖南大學(xué) 2016



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