熔石英材料具有優(yōu)良的物理和光學(xué)性能并被大量應(yīng)用于強(qiáng)激光技術(shù)領(lǐng)域,然而傳統(tǒng)光學(xué)加工技術(shù)難以使熔石英表面的粗糙度穩(wěn)定降到1nm以下,同時(shí)加工過程造成的（亞）表面缺陷是降低熔石英元件抗激光損傷閾值的主要因素。磁流變拋光是一種先進(jìn)的柔性拋光加工技術(shù),為實(shí)現(xiàn)熔石英材料超光滑表面加工提供了新方法。磁流變拋光工藝參數(shù)和磁流變拋光液性能是決定拋光去除質(zhì)量和效果的主要因素,也是獲得熔石英超光滑表面的關(guān)鍵。目前,以表面均方根為主的超光滑表面評(píng)價(jià)指標(biāo)難以有效地表征磁流變拋光工藝參數(shù)對(duì)熔石英元件的超光滑表面影響,這直接制約了磁流變拋光工藝的發(fā)展。本文在表面均方根評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上結(jié)合功率譜密度法（PSD）作為超光滑表面質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,對(duì)影響熔石英超光滑表面的主要工藝因素開展研究。首先,從分析熔石英材料的物理化學(xué)性質(zhì)出發(fā),闡明了水對(duì)熔石英材料去除起不可忽視的作用。對(duì)熔石英材料去除特性及去除模型的研究表明控制熔石英材料的去除量是獲得超光滑表面的關(guān)鍵,并基于赫茲接觸理論,計(jì)算出熔石英材料的理論臨界去除深度。結(jié)合磁流變拋光去除機(jī)理和微納米顆粒團(tuán)聚-分散行為的研究獲得磁流變拋光液中固相顆粒的法向載荷及顆粒的分散性是影響熔石英超光... 

【文章來源】：中國(guó)工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．?２論文研宄思路框圖??６??

?（２－１）??硅原子還可以與溶液中的ＯＨ＿離子發(fā)生微弱的化學(xué)反應(yīng)，生成溶于水的水解產(chǎn)物，??進(jìn)而降低玻璃的機(jī)械性能等。該化學(xué)反應(yīng)可以由圖２．１?（ａ）？（ｃ）所示［２４］：??，?Ｈ?？?－?Ｈ??，＼?ｚ?Ｓ，?Ｉ?Ｉ??０?〇?＾?＼?０?—?Ｓｉ—Ｏ??＼?Ｈ－?ｚ〇?—?Ｉ?＞??１?Ｓｉ?Ｈ?Ｈ?—?〇?Ｈ??Ｈｚ、?—?—?Ｗ??（ａ）水分子與表面硅原子?（ｂ）硅氧鍵斷裂?（ｃ）溶于水的生成物??圖２．１水與熔石英表層二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)示意圖??上述反應(yīng)表明表層石英中四個(gè)硅氧鍵可以被逐步氫化，最終形成水溶性的Ｓｉ（ＯＨ）４，??該化學(xué)反應(yīng)可以表示為式（２－２）或式（２－３）：??Ｓｉ—〇—Ｓｉ＋Ｈ２０?＾?２（Ｓｉ—ＯＨ）?（２２）??Ｓｉ０２＋Ｈ２Ｏ＾Ｓｉ（ＯＨ）４?（２３）??生成的Ｓｉ—ＯＨ可以進(jìn)一步和水的氫氧根離子反應(yīng)。如圖２．２?（ａ）？（ｂ）所示［２４］：??Ｈ?０ＨＷａｔｅｒ?Ｈ?〇Ｈ?馨?ｈ?Ｗａｔｅｒ?，。?Ｈ：０、??＿?［ｙ°＾ｒｓｉ??Ｓｉ．?．?Ｓｉ?．?＞?Ｓｌ?一一?Ｓｉ?＿Ｔ?－?Ｓｉ??Ｂｕｌｋ?ｍａｔｅｒｉａ］?Ｂｕｌｋ?ｍａｔｅｒｉａｌ??（ａ）表層二氧化硅和水中離子的分布?（ｂ）氫氧根離子結(jié)合氫離子??圖２．?２表層二氧化硅和水中離子進(jìn)一步反應(yīng)化學(xué)示意圖??９??

缺陷如空洞、裂紋等，其在加工過程中不可避免的存在（亞）表面損傷［２６］。??光學(xué)材料的脆性去除模型可以通過硬壓痕理論（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｂｒｉｔｔｌｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｂｙ?ａ??ｈａｒｄ?ｉｎｄｅｎｔｅｒ）來解釋［２７，２８］。圖２．３?（ａ）中藍(lán)色表示塑性變形區(qū)域且沒有微小裂紋，該區(qū)??域隨著作用于磨粒的載荷增大而變大；當(dāng)載荷超過某一臨界值時(shí)，在磨粒下方則會(huì)產(chǎn)生??豎直方向的中線裂紋（ｍｅｄｉａｎ?ｃｒａｃｋ），該裂紋隨載荷的進(jìn)一步增大而增大，當(dāng)卸載時(shí)，??接觸區(qū)域內(nèi)的彈塑性應(yīng)力不匹配，則產(chǎn)生橫向的拉應(yīng)力最終導(dǎo)致側(cè)向裂紋（ｌａｔｅｒａｌ?ｃｒａｃｋ）??產(chǎn)生，同時(shí)中線裂紋并不能完全閉合。在外力反復(fù)作用下最終使側(cè)向裂紋延伸到材料表??面，實(shí)現(xiàn)脆性去除。圖２．３?（ｂ）是掃描電鏡下經(jīng)過磨削加工后表面及側(cè)面的微觀形貌。??從電鏡圖中可以清晰的觀察到側(cè)向裂紋以及中線裂紋。??Ｐｌａｓｔｉｃ?＋?Ｇｒｏｕｎｄ?ｓｕｒｆａｃｅ??Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?Ｚｏｎｅ?ｒ?＾??—??Ｌａｔｅｒａｌ?Ｃｒａｃｋ?＼??Ｍｅｄｉａｎ?Ｃｒａｃｋ??（ａ）硬壓模型?（ｂ）研磨后光學(xué)元件表面形貌??圖２．?３硬脆性材料脆性去除理論模型和實(shí)際去除表面形貌??１０??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熔石英元件拋光表面的亞表面損傷研究[J]. 何祥,謝磊,趙恒,馬平.  強(qiáng)激光與粒子束. 2016(10)
[2]光學(xué)元件表面缺陷散射光成像數(shù)值模擬研究[J]. 王世通,楊甬英,趙麗敏,柴惠婷,劉東,白劍,沈亦兵.  中國(guó)激光. 2015(07)

博士論文
[1]基于材料彈性域去除的超光滑表面加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 彭文強(qiáng).國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[2]摩擦對(duì)電/磁流變效應(yīng)影響的機(jī)理研究[D]. 蔣繼樂.清華大學(xué) 2012
[3]光學(xué)材料加工亞表面損傷檢測(cè)及控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王卓.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[4]確定性磁流變拋光的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 彭小強(qiáng).國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2004

碩士論文
[1]機(jī)械性能對(duì)熔石英損傷影響研究[D]. 陳慶紅.電子科技大學(xué) 2013
[2]熔石英納米壓痕分子動(dòng)力學(xué)仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王昆.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[3]三倍頻激光下金屬顆粒對(duì)熔石英元件損傷閾值影響的研究[D]. 王立斌.中國(guó)工程物理研究院 2012
[4]光學(xué)元件超光滑表面在精密拋光中表面光潔度控制的研究[D]. 周艷.中南大學(xué) 2009
[5]超精密加工表面粗糙度測(cè)量方法對(duì)比及功率譜密度評(píng)價(jià)[D]. 陳建超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[6]大口徑熔石英元件表面激光損傷特性研究[D]. 黃晚晴.中國(guó)工程物理研究院 2009



本文編號(hào)：3576709