磷酸盐激光玻璃在不同湿度环境下的摩擦学行为研究

发布时间：2017-04-13 16:22

  本文关键词：磷酸盐激光玻璃在不同湿度环境下的摩擦学行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磷酸盐激光钕玻璃由于其优异的光学性能,已作为激光能量放大介质被成功的应用在国内外众多高功率激光系统中。在高功率激光系统的应用中,需要超光滑和低缺陷的玻璃表面加工质量。磷酸盐激光玻璃主要通过磁流变抛光技术实现平坦化,而加工的实质是利用磨料和玻璃表面间的剪切磨损造成玻璃局部材料去除。由于以上加工过程需裸露在大气环境中进行,潮湿空气中的水分子将不可避免的作用于加工过程中,进而对材料去除造成影响。因此,亟需研究气态水对磷酸盐玻璃材料损伤的影响规律和作用机理。为此,本文首先采用石英玻璃球作为对摩副,在干燥和相对湿度为55%～60%的大气环境中,初步得到了气态水对磷酸盐激光玻璃材料磨损性能的影响规律；在此基础上,进一步研究了磷酸盐玻璃在不同湿度环境中的摩擦磨损性能：最后通过纳米压划痕仪、拉曼光谱仪等分析手段得到有气态水参与下磷酸盐玻璃的磨损机理。基于以上研究,本文得到以下主要结论：(1)在同样的载荷条件下,磷酸盐激光玻璃在潮湿空气下的磨损深度和体积远低于干燥空气下的；而石英玻璃球在潮湿空气下的磨损深度和体积远高于干燥空气下。分析表明,水分子诱导的应力腐蚀并不能促进磷酸盐激光玻璃的材料去除,但促进了石英玻璃球的材料去除。(2)磷酸盐激光玻璃的磨损会随着湿度的增大而减小；进一步使用氧化铝和氧化锆陶瓷球作为对摩副,在有气态水参与时磷酸盐玻璃的磨损同样减弱。根据分析检测结果表明,磷酸盐玻璃表面在潮湿空气下表现出较好的耐磨性主要有三个因素：磷酸盐玻璃界面间发生的摩擦化学反应、表面粘附的磨屑以及水参与下玻璃表面机械性能增强,其中摩擦化学反应为主导因素。(3)磷酸盐激光玻璃表面在潮湿空气中的摩擦化学反应的主要机理是由于潮湿空气中的水分子吸附在玻璃表面,诱导玻璃表面形成水化层。在应力作用下水化层内发生的水解反应使得磷酸盐长链解聚为磷酸盐短链,而这些磷酸盐短链会存在于玻璃表面,并参与玻璃表面的剪切磨损,从而使得磷酸盐玻璃表现出更好的耐磨性能。
【关键词】：磷酸盐激光玻璃 石英玻璃 摩擦 磨损 摩擦化学反应
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.717;TH117.1
【目录】：

• 摘要逡逑4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 研究背景及意义9-11
• 1.3 课题来源11-12
• 1.4 研究现状及发展趋势12-14
• 1.5 本课题的研究内容和方案14-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 试验材料和研究方法18-28
• 2.1 试验材料18-20
• 2.2 试验设备及仪器20-25
• 2.2.1 多功能摩擦磨损试验机20-22
• 2.2.2 光学显微镜22
• 2.2.3 显微硬度计和纳米压/划痕仪22-24
• 2.2.4 激光拉曼光谱仪（Raman）24-25
• 2.3 实验25-26
• 2.3.1 样品制备25-26
• 2.3.2 试验参数设定26
• 2.3.3 分析方法26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 磷酸盐玻璃在干燥/潮湿空气下的磨损性能28-38
• 3.1 磷酸盐激光玻璃的磨损性能28-33
• 3.2 石英玻璃球的磨损性能33-35
• 3.3 磨屑分析35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 磷酸盐玻璃在不同空气湿度下的摩擦磨损性能38-47
• 4.1 在不同湿度下石英玻璃球/磷酸盐玻璃对摩副的摩擦性能38-39
• 4.2 不同湿度下石英玻璃球/磷酸盐玻璃对摩副的磨损性能39-43
• 4.2.1 不同湿度下磷酸盐玻璃的磨损性能39-41
• 4.2.2 不同湿度下石英玻璃球的磨损性能及机理41-43
• 4.3 对摩副对磷酸盐玻璃磨损性能的影响43-45
• 4.4 本章小结45-47
• 5 磷酸盐玻璃在不同空气湿度下的磨损机理47-58
• 5.1 磨屑对磷酸盐玻璃磨损的影响47-49
• 5.2 表面机械性能对磷酸盐玻璃磨损的影响49-52
• 5.3 摩擦化学反应对磷酸盐玻璃磨损的影响52-55
• 5.4 液态水对磷酸盐玻璃磨损的影响55-56
• 5.5 本章小结56-58
• 6 结论与展望58-61
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士期间的学术论文及科研成果67

【参考文献】

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本文编号：304003