激光核聚變是目前解決能源問題的一個重要途徑。KDP/DKDP晶體具有優(yōu)良非線性光學(xué)性能,同時是目前唯一的可應(yīng)用于ICF光學(xué)系統(tǒng)中的大尺寸倍頻元件。然而KDP/DKDP晶體表面/亞表面缺陷使得KDP/DKDP光學(xué)元件在強激光輻照作用下引起激光損傷,并造成激光損傷閾值大幅度降低,嚴重阻礙了激光核聚變的發(fā)展。對KDP/DKDP晶體進行表面損傷和表面缺陷修復(fù)有助于延長KDP/DKDP晶體光學(xué)元件在激光核聚變中的工程使用壽命,具有很大的工程價值。目前,微銑削機械修復(fù)是最為理想的修復(fù)方法。本文以DKDP晶體的表面/亞表面缺陷為研究對象,探究缺陷對力學(xué)性能和微銑削修復(fù)質(zhì)量的影響,有助于理解微銑削亞表面的損傷特性和表面缺陷對材料力學(xué)性能的影響程度,并對微銑削修復(fù)加工具有參考意義。通過對DKDP晶體飛切表面和銑削表面的力學(xué)性能進行研究,發(fā)現(xiàn)DKDP晶體銑削表面的彈性模量和硬度變化幅度分別為16%和13%,飛切表面的彈性模量和硬度變化幅度分別為21%、17%,說明DKDP晶體銑削表面力學(xué)性能的各向異性低于飛切表面力學(xué)性能的各向異性。同時除了45°晶向外,銑削表面的硬度和彈性模量低于飛切表面的硬度和彈性模量... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國國家點火裝置原理圖[6]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2圖1-1美國國家點火裝置原理圖[6]缺陷，如劃痕、凹坑、裂縫等[7]。這些表面加工缺陷會對晶體元件的熱吸收性能、光傳輸性能以及力學(xué)特性等造成不良影響，使得KDP/DKDP光學(xué)元件在強激光輻照作用下引起激光損傷，并造成激光損傷閾值大幅度降低。嚴重時還會在元件內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生貫穿性絲狀破壞，并使得整塊晶體元件報廢。因此，減小KDP/DKDP晶體表面加工缺陷是提高其激光損傷閾值的重要舉措。圖1-2KDP晶體表面缺陷:（a）凹坑；（b）裂縫;；（c）凸起；（d）凸狀劃痕；（e）劃痕[7]為了延長KDP/DKDP晶體光學(xué)元件在激光核聚變系統(tǒng)中的工程使用壽命，從而最大限度的降低激光核聚變系統(tǒng)的經(jīng)濟成本，對KDP/DKDP晶體進行表面損傷和表面缺陷修復(fù)是具有很大的工程價值。目前常見的光學(xué)元件修復(fù)方法有CO2激光修復(fù)，化學(xué)刻蝕和微機械修復(fù)。KDP/DKDP晶體極易潮解的特性使得化學(xué)刻蝕不適合KDP/DKDP晶體表面損傷修復(fù)。微機械修復(fù)是KDP/DKDP晶體最為理想的修復(fù)方法。因此，本文利用有限元仿真方法研究缺陷對DKDP晶體微銑削修復(fù)質(zhì)量的影響，這對微銑削修復(fù)加工具有重要的參考價值。本文將研究

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3DKDP晶體加工過程所形成的亞表面缺陷和表面微裂紋缺陷對力學(xué)性能的影響，這對理解DKDP晶體微銑削亞表面的損傷特性與程度具有重要意義，并且對DKDP晶體修復(fù)區(qū)域的選取提供參考依據(jù)。1.2KDP/DKDP晶體的結(jié)構(gòu)特點KDP/DKDP晶體是一類具有優(yōu)良非線性光學(xué)性能的晶體。KDP晶體化學(xué)式為KH2PO4。DKDP晶體為KDP晶體的同位素晶體，化學(xué)式為K(DXH1-X)2PO4。在常溫條件下，KDP/DKDP晶體的常見晶型為四方晶系，其晶體結(jié)構(gòu)和晶體外形如圖1-3所示。KDP/DKDP晶體中包含離子鍵、氫鍵和共價鍵[8]。在KDP/DKDP晶體結(jié)構(gòu)中，PO4基團由氧原子（O）與磷原子（P）以共價鍵的方式連接形成。PO4基團之間以氫鍵的方式連接，氫鍵的方向垂直于c軸，并且氫鍵中H原子位置并不在兩個氧原子之間的中間位置。同時，K原子與PO4基團之間以離子鍵的方式連接。因此，以氫鍵連接的PO4基團組成KDP/DKDP晶體的基本三維結(jié)構(gòu)，而K原子穿插其中。晶體結(jié)構(gòu)決定晶體特性。在室溫條件下，KDP晶體的晶格常數(shù)為a=b=0.7453nm，c=0.6975nm，而DKDP晶體中晶格常數(shù)a（b）隨氘含量的增大而增大，但晶格常數(shù)c卻無明顯變化規(guī)律，這是因為晶格結(jié)構(gòu)氫鍵與c軸垂直，因此氘含量的變化對c軸影響較小[9]，相反對c軸垂直的a、b軸影響較大。KDP/DKDP晶體中原子及其基團周期性有序排列，不同晶面和晶向上原子（a）（b）圖1-3（a）KDP/DKDP晶體的理想外形；（b）KDP/DKDP晶體的結(jié)構(gòu)模型[8]排列密度不同，導(dǎo)致原子間的結(jié)合力也不同，因而KDP/DKDP晶體存在各向異性，即不同晶面和晶向上的力學(xué)性能存在差異。了解KDP/DKDP晶體結(jié)構(gòu)有助于更深入理解KDP/DKDP晶的力學(xué)性能，并且為本文DKDP晶體力學(xué)性能研究提供理論基矗

【參考文獻】：
期刊論文
[1]大尺寸KDP/DKDP晶體熱膨脹系數(shù)研究[J]. 劉琳,王圣來,劉光霞,王端良,李偉東,丁建旭.  人工晶體學(xué)報. 2015(06)
[2]KDP晶體微納米加工表層缺陷對其激光損傷閾值的影響[J]. 陳明君,姜偉,龐啟龍,劉新艷.  強激光與粒子束. 2010(01)
[3]匯聚192束激光的NIF——美國利弗莫爾實驗室國家點火裝置今夏“點火”[J]. 馮詩齊.  世界科學(xué). 2009(05)
[4]KDP晶體微納加工表層雜質(zhì)對其激光損傷閾值影響的有限元分析[J]. 陳明君,龐啟龍,劉新艷.  強激光與粒子束. 2008(07)
[5]KDP晶體各向異性力學(xué)特性分析[J]. 曹先鎖,吳東江,王奔,高航,康仁科.  人工晶體學(xué)報. 2008(03)
[6]慣性約束核聚變[J]. 劉紅.  現(xiàn)代物理知識. 2002(01)
[7]化學(xué)處理增強光學(xué)材料的抗激光破壞強度[J]. 李仲伢,程雷,李成富.  光學(xué)學(xué)報. 1999(06)

博士論文
[1]KDP晶體修復(fù)用球頭微銑刀及其對表面質(zhì)量影響的研究[D]. 陳妮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]DKDP系列晶體制備及性質(zhì)研究[D]. 劉寶安.山東大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于XRD的光學(xué)晶體表面/亞表面的損傷檢測及實驗驗證[D]. 胡曠南.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]基于XRD的超精密加工表面/亞表面損傷表征技術(shù)[D]. 梁斌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]用納米壓痕法表征薄膜的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系[D]. 黃勇力.湘潭大學(xué) 2006



本文編號：3507938