【摘要】：隨著科技的進步,空間天文光學、衛(wèi)星遙感技術(shù)、大型地基光學系統(tǒng)的快速發(fā)展,對光學系統(tǒng)工件的質(zhì)量、分辨率、穩(wěn)定性、表面粗糙度等各方面性能參數(shù)要求極為苛刻。尤其針對工件表面粗糙度,要求達到超光滑表面。然而傳統(tǒng)的研拋方法難以同時保證加工效率、精度與表面質(zhì)量,在加工工件表面過程中難免會引入加工損傷。因此,世界光學制造界的學者致力研究超光滑表面的加工機理和工藝,以期實現(xiàn)更高精度更高效率的超光滑表面加工。本文采用紫外光誘導納米顆粒膠體射流拋光技術(shù),有望獲得便捷、高效、綠色的超光滑表面加工方法,并且可加工表面復雜的曲面,使其滿足超光滑表面的要求。首先,本文分析了實現(xiàn)紫外光誘導納米顆粒膠體射流的理論基礎(chǔ),對射流的特性進行了詳細的分析,并且研究了非淹沒條件下錐柱形噴嘴、余弦噴嘴的流場結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,分析了紫外光誘導納米顆粒膠體射流的原理。納米顆粒膠體與工件表面發(fā)生界面化學反應,并且在射流不斷沖擊的作用下反應物會隨之離開工件表面。其中一部分紫外光被納米顆粒吸收;另一部分紫外光作用于工件表面,作為界面化學反應的催化光場,從而加快界面化學反應。運用有限體積法建立了紫外光誘導納米顆粒膠體射流流場的數(shù)學模型,作為接下來的流場數(shù)值計算和實驗分析的理論基礎(chǔ)。其次,建立了兩種光-液耦合噴嘴的模型,采用Fluent軟件分別進行了錐柱形噴嘴、余弦噴嘴在非淹沒條件下的內(nèi)外部流場數(shù)值模擬,得到兩種光-液耦合噴嘴在相同條件下的內(nèi)部流場、外部流場、工件表面處的速度與壓力以及湍流強度的情況。重點討論了工件表面處速度與壓力的分布規(guī)律。通過分析兩種光-液耦合噴嘴內(nèi)外部流場數(shù)值模擬的結(jié)果,對比研究了錐柱形噴嘴和余弦噴嘴射流流場的不同特點,為設(shè)計、選擇適宜的光-液耦合射流噴嘴提供理論依據(jù)。再次,分析了余弦噴嘴過渡段長度以及收縮角的變化對流場的影響規(guī)律,然后采用田口方法(Taguchi)并利用Minitab質(zhì)量管理統(tǒng)計軟件對影響流場的四種噴嘴參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,得出適用光-液耦合射流的余弦噴嘴合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)值,并對其進行流場仿真分析與驗證。最后,根據(jù)紫外光誘導納米顆粒膠體射流的加工特點,設(shè)計、搭建了滿足要求的紫外光誘導納米顆粒膠體射流加工系統(tǒng),用自行配置的二氧化鈦納米顆粒膠體拋光液,對單晶硅工件進行了初步拋光試驗,得到表面質(zhì)量較好的工件表面,驗證了紫外光誘導納米顆粒膠體射流加工超光滑表面的可行性。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH74

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本文編號：2737890