KDP晶体抛光表面的磁场辅助液体射流清洗技术研究

发布时间：2017-06-07 13:11

  本文关键词：KDP晶体抛光表面的磁场辅助液体射流清洗技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁流变抛光后的KDP晶体表面的残留物影响晶体的使用性能,晶体软脆、易潮解、易开裂的特点使其表面残留物难以去除。本文研究了抛光液和KDP晶体表面之间的吸附机理,将化学去除方法和磁场辅助液体射流去除方法结合起来用于KDP晶体表面清洗,提出了磁场辅助液体射流清洗技术,研制了磁场辅助液体射流清洗装置。提出了浸泡清洗、液体射流清洗和气射流吹干的残留物去除工艺；选择配制了清洗液,优化了清洗工艺参数,有效地去除了KDP抛光晶体表面的残留杂质。研究了KDP晶体抛光表面的杂质吸附行为；结果表明,晶体表面存在残留抛光基液和固体颗粒,抛光基液以薄膜形式粘附在晶体表面上,大多数固体颗粒被抛光基液吸附在晶体表面,极少数颗粒嵌入晶体内部；检测了磁流变抛光液的成分,结果表明抛光基液和固体颗粒分别是二乙二醇丁醚和铁粉。研究了KDP晶体抛光表面与抛光基液间的吸附机理；结果表明,两者间的诱导力、色散力和氢键作用所产生的吸附力大于抛光基液的内聚力,使抛光基液吸附在KDP晶体表面上；检测获得了残留液与KDP晶体表面之间的吸附力为5.7×10-5N。研究了KDP晶体抛光表面与铁粉颗粒间的吸附机理：结果表明,铁粉颗粒在毛细吸附力作用下粘附在晶体表面上,毛细吸附力在1.9×10-7-7.7×10-7N之间；嵌入KDP晶体的颗粒所受作用力为毛细吸附力和嵌入力之和。根据磁流变抛光后的KDP晶体表面与抛光液的吸附机理,提出了磁场辅助液体射流清洗方法,研制了清洗装置。提出了化学去除方法和磁场辅助液体射流清洗方法相结合的新清洗方法,建立了浸泡清洗、液体射流清洗和气射流吹干的残留物去除工艺。研制了磁场辅助液体射流清洗装置；设计了主轴系统和清洗磁轮,磁轮底部的导流槽将流体垂直向下的冲击力转变为沿晶体表面的水平剪切力。针对磁场辅助液体射流清洗中浸泡清洗和液体射流两个阶段,配制了溶解力较大、渗透能力较强的浸泡液,筛选出了对晶体表面无损伤的射流清洗液。结果表明,无水乙醇、环已烷和甲苯作为射流清洗液时,晶体表面残留颗粒较少。研究了浸泡液和抛光基液的相溶性,确定选择相溶性较高的无水乙醇和低表面张力的乙醚来配制浸泡液,浸泡液中乙醚的体积分数为30%。研究了环境湿度、环境温度和射流清洗液对KDP抛光晶体表面潮解和开裂的影响,结果表明,最佳射流清洗液是环已烷,环境湿度应低于50%,环境温度应低于15℃。模拟研究了磁场辅助液体射流过程中的流体速度场和射流压力作用下的晶体表面应力场、应变场和总变形场。结果表明,速度场中心位置的速度最大,约为2m／S导流槽之间的环已烷流速大于导流槽位置的速度,呈扇形分布,这表明相邻导流槽之间区域内的环已烷的冲蚀动能较大,冲击清洗能力较强。在射流压力为0.3MPa,靶距为1mm时,晶体表面的拉应力值小于其抗拉强度,KDP晶体表面的应变场和总变形场的分布均匀,晶体表面最大应变为1.62×10-5,最大变形量为1.56×10-4mm。为磁场辅助液体射流清洗工艺参数优化提供了依据。研究了磁力与靶距之间的关系；结果表明,当靶距为0-3mm时,清洗磁轮对单颗粒铁粉的吸力大于毛细吸附力,实验验证了清洗磁轮对残留铁粉的去除作用。实验研究了磁场辅助液体射流清洗技术的清洗效果,验证了磁场辅助液体射流清洗装置的有效性,磁场辅助液体射流清洗技术能有效去除了KDP晶体抛光表面的残留杂质。建立了KDP晶体抛光表面的残留颗粒数量与射流清洗时间、靶距、射流压力和清洗磁轮转速之间的关系模型。结果表明,工艺参数对残留颗粒数量的影响程度为靶距射流清洗时间射流压力清洗磁轮转速靶距与射流压力的交互作用靶距与清洗磁轮转速的交互作用。实验优化了最佳工艺参数组合；结果表明,最佳浸泡清洗时间为30mmin,最佳工艺参数组合是射流清洗时间为14mmin,靶距为1.5mm,射流压力为0.27MPa,清洗磁轮转速为490r／min,有效地去除了KDP晶体抛光表面的残留杂质。
【关键词】：KDP晶体 吸附机理 磁场辅助液体射流清洗 清洗液 工艺参数优化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O786;TB490
【目录】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-18
• 第1章 绪论18-26
• 1.1 KDP晶体精密加工技术的发展现状18-20
• 1.1.1 KDP晶体特性18
• 1.1.2 抛光技术的发展现状18-19
• 1.1.3 磁流变技术的发展现状19
• 1.1.4 KDP晶体磁流变抛光技术的发展现状19-20
• 1.2 残留杂质与固体表面吸附作用的研究现状20-23
• 1.2.1 液体与固体表面吸附作用的研究现状20-21
• 1.2.2 颗粒物与固体表面吸附力的研究现状21-23
• 1.2.2.1 铁粉微颗粒与固体表面间的范德华力计算21-22
• 1.2.2.2 铁粉微颗粒与KDP晶体表面间的毛细吸附力计算22-23
• 1.3 KDP晶体精加工表面清洗技术的研究现状23-24
• 1.3.1 清洗技术的研究现状23
• 1.3.2 KDP晶体精加工表面清洗技术的研究现状23-24
• 1.4 目前KDP晶体抛光表面清洗技术研究中存在的问题24
• 1.5 本文研究的目的和意义24-25
• 1.6 本文的主要研究内容25-26
• 第2章 KDP晶体抛光表面与残留物的吸附机理研究26-37
• 2.1 KDP晶体抛光表面残留物的检测与分析26-29
• 2.1.1 表面残留物的吸附形式分析26-27
• 2.1.2 抛光基液成分的检测与分析27-29
• 2.1.3 残留物颗粒成分的检测与分析29
• 2.2 残留物与KDP晶体抛光表面的吸附机理分析29-36
• 2.2.1 抛光基液与KDP晶体抛光表面的吸附机理30-34
• 2.2.1.1 抛光基液与KDP晶体抛光表面间的范德华力30-31
• 2.2.1.2 抛光基液与KDP晶体抛光表面间的氢键作用31-32
• 2.2.1.3 抛光基液与KDP晶体抛光表面间的吸附力计算32-34
• 2.2.2 残留铁粉颗粒与KDP晶体抛光表面的吸附机理34-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第3章 磁场辅助液体射流清洗装置的研制37-46
• 3.1 KDP抛光晶体表面残留物的去除方法研究37-38
• 3.1.1 化学去除方法37
• 3.1.2 磁场辅助液体射流去除方法37-38
• 3.2 磁场辅助液体射流清洗装置的总体设计38-39
• 3.2.1 晶体浸泡38
• 3.2.2 液体射流清洗38
• 3.2.3 气射流吹干38-39
• 3.3 磁场辅助液体射流清洗装置的研制39-45
• 3.3.1 运动系统和控制系统39-40
• 3.3.2 主轴系统40-42
• 3.3.3 清洗磁轮42-43
• 3.3.4 辅助装置43-44
• 3.3.4.1 气动隔膜泵43
• 3.3.4.2 清洗槽43-44
• 3.3.4.3 防护罩44
• 3.3.5 磁场辅助液体射流清洗装置的集成44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 浸泡液和射流清洗液的配制与选择46-64
• 4.1 清洗液的初选实验46-49
• 4.1.1 清洗液的初选46-47
• 4.1.2 试样制备47-48
• 4.1.3 实验方案48
• 4.1.4 清洗液对残留物的去除效果48-49
• 4.2 浸泡液的配制49-53
• 4.2.1 清洗液与抛光基液的相溶性测试49-51
• 4.2.2 浸泡液的配比实验51-53
• 4.3 射流清洗液的选择53-62
• 4.3.1 环境湿度和射流清洗液对KDP抛光晶体表面潮解的影响53-58
• 4.3.1.1 潮解点成分检测53-54
• 4.3.1.2 环境湿度对晶体表面潮解的影响54-56
• 4.3.1.3 射流清洗液对晶体表面潮解的影响56-58
• 4.3.2 环境温度和射流清洗液对KDP抛光晶体表面开裂的影响58-60
• 4.3.3 残留物检测60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 KDP抛光晶体表面的磁场辅助液体射流清洗实验研究64-79
• 5.1 射流清洗速度场的模拟研究64-66
• 5.1.1 射流清洗速度场模拟模型的建立64-65
• 5.1.2 模拟结果和分析65-66
• 5.2 清洗磁轮磁力去除分析66-69
• 5.2.1 磁力测试66-68
• 5.2.2 磁轮对铁粉颗粒的去除效果验证68-69
• 5.3 浸泡清洗工艺的实验研究69-70
• 5.4 磁场辅助液体射流清洗实验研究70-77
• 5.4.1 响应曲面实验设计70-72
• 5.4.2 实验结果与分析72-76
• 5.4.2.1 方差分析72-74
• 5.4.2.2 工艺参数之间的交互作用对KDP晶体表面残留颗粒数量的影响74-76
• 5.4.3 磁场辅助液体射流清洗工艺参数优化76-77
• 5.5 本章小结77-79
• 结论与展望79-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及奖励87-88
• 致谢88-89
• 学位论文评阅及答辩情况表89

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本文编号：429165