發(fā)布時間：2021-09-06 17:22

　　磷酸二氫鉀（KH₂PO₄,簡稱KDP）作為一種優(yōu)質(zhì)的非線性光學(xué)材料,是目前慣性約束核聚變（ICF）裝置中唯一可用作倍頻轉(zhuǎn)換元件和光電開關(guān)的大尺寸軟脆晶體。ICF工程對KDP晶體提出了嚴(yán)格的要求,如大尺寸、極低的表面粗糙度、極好的平面度。然而,由于KDP晶體具有質(zhì)軟、各向異性、易潮解等材料特性,是公認(rèn)的一種最難加工的光學(xué)材料,大尺寸、高質(zhì)量的KDP晶體加工已成為ICF等相關(guān)項(xiàng)目的瓶頸之一。為此,本文基于KDP晶體易潮解原理,將水溶解原理與環(huán)形拋光方法相結(jié)合,探究了水溶解超精密環(huán)形拋光方法加工大尺寸KDP晶體的可行性與有效性,利用運(yùn)動學(xué)及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),模擬分析了拋光過程中水核的運(yùn)動軌跡均勻性,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。首先,基于區(qū)域劃分和區(qū)域統(tǒng)計(jì)策略,提出了水核運(yùn)動軌跡均勻性仿真分析的新方法,根據(jù)KDP晶體與拋光墊之間的運(yùn)動關(guān)系,建立了水核在KDP晶體表面的運(yùn)動軌跡方程,并引入變異系數(shù)作為軌跡均勻性的評價指標(biāo),對定偏心與不定偏心運(yùn)動形式下的水核運(yùn)動軌跡均勻性進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速比在0-1之間時,不定偏心式的變異系數(shù)在0.48-0.65之... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

單點(diǎn)金剛石飛切加工示意圖

大連理工大學(xué)的王碧玲[46-50]等從KDP晶體潮解規(guī)律入手,提出了無磨料水溶解拋光新方法,并研制了由表面活性劑、水以及油組成的專用油包水型拋光液(圖1.5),微水滴被包裹于一側(cè)親水、一側(cè)親油的表面活性劑中,形成水核分散于油相母液中。在穩(wěn)定狀態(tài)時,微水滴被表面活性劑所包裹,不與晶體材料直接接觸,理論上無溶解反應(yīng)發(fā)生,晶體表面受到油相保護(hù),不易被拋光液快速溶解;而當(dāng)施加一定的拋光壓力后,水核受到拋光墊和晶體間摩擦產(chǎn)生的剪切作用而變形破碎,使微水滴從水核當(dāng)中被釋放,并與晶體表面材料接觸,發(fā)生溶解反應(yīng),實(shí)現(xiàn)晶體表面材料的去除,同時摩擦升溫會加快材料的溶解,溶解產(chǎn)物被流動的拋光液帶走,最終獲得超光滑表面。通過無磨料水溶解拋光方法,在ZY200對15 mm×15 mm×5 mm尺寸的KDP樣件進(jìn)行了拋光,在最優(yōu)的工藝參數(shù)組合下,得到了表面粗糙度RMS小于2 nm的少無應(yīng)力損傷的晶體表面,驗(yàn)證了水溶解拋光方法加工KDP晶體的可行性,有效性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張飛虎、郭少龍、張秀麗等[51-54]基于KDP晶體的潮解特性,研制出了由乙醇、水、表面活性劑組成的無磨料拋光液,并在ZYP 280上進(jìn)行了拋光試驗(yàn),研究了拋光液流量、拋光盤轉(zhuǎn)速、拋光壓力、拋光時間等工藝參數(shù)對材料去除率與表面粗糙度的影響規(guī)律,最終獲得了表面粗糙度RMS小于5 nm的光滑表面。

王旭等[61-66]提出了微納水溶解拋光方法,并結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)控光學(xué)表面成型技術(shù)對KDP晶體進(jìn)行拋光,建立了KDP晶體數(shù)控超精密拋光試驗(yàn)系統(tǒng)(圖1.6),揭示了基于水溶解原理的KDP晶體拋光過程材料的“機(jī)械–水溶解交互協(xié)同作用”去除機(jī)理,成功實(shí)現(xiàn)了對SPDT加工后晶體表面殘留的小尺度飛切刀紋的去除,經(jīng)過對拋光參數(shù)的不斷優(yōu)化,在50 mm×50 mm的KDP晶體樣件上拋光得到了表面粗糙度RMS達(dá)到1.820 nm的超光滑表面。中國工程物理研究的DONG等[68]將KDP水溶液代替“油包水”型微乳液中的水,利用正癸醇、曲拉通X-100及KDP水溶液組成了新型拋光液,并研究了KDP水溶液的濃度對晶體表面質(zhì)量的影響,結(jié)果表明,隨著KDP水溶液濃度的升高,晶體材料去除率不斷降低,利用KDP水溶液濃度為30 mmol/L的拋光液對35×35×10 mm3的KDP樣件進(jìn)行拋光,得到了表面粗糙度RMS1.5 nm的超光滑表面。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[7]神光-Ⅲ主機(jī)裝置成功實(shí)現(xiàn)60TW/180kJ三倍頻激光輸出[J]. 鄭萬國,魏曉峰,朱啟華,景峰,胡東霞,張小民,粟敬欽,鄭奎興,王成程,袁曉東,周海,陳波,王健,馬平,許喬,楊李茗,代萬俊,周維,王方,許黨朋,謝旭東,馮斌,彭志濤,郭良福,陳遠(yuǎn)斌,張雄軍,劉蘭琴,林東暉,黨釗,向勇,陳曉東,張維巖.  強(qiáng)激光與粒子束. 2016(01)
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博士論文
[1]基于水溶解原理的KDP晶體超精密數(shù)控拋光方法[D]. 王旭.大連理工大學(xué) 2017

碩士論文
[1]超精密拋光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及開發(fā)[D]. 李俊卿.大連理工大學(xué) 2019
[2]BK7光學(xué)平面玻璃環(huán)拋工藝實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張超.湖南大學(xué) 2018
[3]晶體表面的離子束刻蝕機(jī)理研究[D]. 包強(qiáng).西安工業(yè)大學(xué) 2016
[4]KDP晶體離子束清洗工藝技術(shù)研究[D]. 鄧鴻飛.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[5]KDP逐點(diǎn)可控微納溶解拋光理論仿真及試驗(yàn)研究[D]. 張和平.大連理工大學(xué) 2012
[6]大口徑平面光學(xué)元件加工的工藝方法研究[D]. 馬志成.中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2010
[7]KDP晶體潮解拋光的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張秀麗.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[8]環(huán)形拋光技術(shù)研究[D]. 陰旭.電子科技大學(xué) 2007



本文編號：3387868