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光学玻璃元件氧化铈超精密低损伤磨削研究
 
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【摘要】:为开发新能源,实现可控的核聚变,世界各国开展了惯性约束核聚变研究。惯性约束核聚变装置需要使用大量的光学玻璃元件,而核聚变装置性能的提升主要受到光学玻璃元件精度和缺陷两方面的制约。研究发现,光学玻璃元件的损伤阈值和光学玻璃元件的表面、亚表面缺陷有直接的关系,光学元件的缺陷越少,激光通过时的能量集中效应越小,损伤阈值就越高。因此,国际上都在研究如何优化光学玻璃元件的加工工艺,尽可能减少表面、亚表面缺陷的产生,提高惯性约束核聚变装置的性能水平。目前,氧化铈磨削被用于IC领域的单晶硅片加工上,可以减少损伤和控制加工应力,在光学玻璃元件加工领域研究较少。能否将这一工艺方法应用到光学玻璃加工中,提高玻璃的抗激光损伤域值,需要深刻认识氧化铈磨削的材料去除机理,建立磨削的力热模型,设计合理的工艺,达到有效减少光学元件表面亚表面缺陷的目的。因此,本文的研究工作对提高惯性约束核聚变装置玻璃原件加工质量和效率有着十分重要的意义。本文主要研究工作如下:1)研究了氧化铈磨削的材料去除机理。从氧化铈磨削过程中的机械作用和化学作用出发,研究了氧化铈砂轮磨削时可能存在的高温化学反应,及如何产生较软的变质层,降低材料去除的阻力和表面残留应力,从而减少磨削产生的缺陷。2)建立了氧化铈磨削的力和温度模型。从平行磨削的方式出发,考虑磨削力与切深、砂轮线速度、工件进给速度的关系,根据角正回归法建立了氧化铈砂轮磨削的力的模型,并在磨削力的测量试验中验证了该模型的准确度。同时,从热力学和能量守恒原理出发,建立了氧化铈磨削光学玻璃材料的温度模型。分析了磨削工艺参数如切深、砂轮线速度、工件进给速度、冷却条件等对磨削区域局部最高温度的影响,并对不同工艺参数下的磨削温度进行了估计。3)优化了氧化铈磨削的工艺。从三种氧化铈砂轮磨削试验出发,探讨了氧化铈砂轮磨削材质软、易损耗的特性和容易出现烧伤、局部损伤的问题,研究了如何达到几纳米表面粗糙度的磨削工艺,对比传统的研抛工艺、磁流变抛光工艺研究了氧化铈磨削的表面损伤和亚表面损伤,研究了去除光学玻璃材料表面脆性裂纹的临界时间范围、砂轮烧伤对磨削表面损伤和表面粗糙度的影响等。氧化铈磨削的研究有待进一步深入,尤其在超精密磨削工艺和材料去除机理中氧化铈磨粒的作用上的研究需要新的思路和方法,从而更好地解决激光损伤等工程问题。
【关键词】:氧化铈磨削 低损伤 亚表面缺陷 超精密加工
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TL632
 
论文编号BS2246615,这篇论文共30
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