KDP晶体微水雾溶解抛光方法研究

发布时间：2018-02-12 12:31

本文关键词： KDP晶体微水雾溶解平坦化机理去除函数　出处：《大连理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：KDP晶体(主要成分KH2PO4)因其优越的非线性光学性能和较好的机械性能被广泛的应用于惯性约束核聚变中。但KDP晶体具有质软、易潮解、强各向异性和对温度变化敏感等特性,同时具有较高的使用要求,使其成为公认的难加工材料之一。目前KDP晶体超精密加工最理想的方法是单点金刚石切削技术,但加工后会产生小尺度波纹和亚表面损伤等问题,影响其使用性能,因而相继发展处磁流变抛光、无磨料水溶解抛光和离子束抛光等近乎无损伤的加工方式,但仍存在后续清理和加工效率低等问题。本文基于KDP晶体易溶于水的特性,提出了KDP晶体微水雾溶解抛光新方法,该方法选用超声雾化微水雾为抛光介质,并结合计算机数控光学表面成型(CCOS)技术对其进行了试验研究。本文主要进行了如下工作：根据KDP晶体的溶解特性,通过水滴溶解腐蚀试验,揭示了KDP晶体微水雾溶解抛光的局部平坦化机理,并提出了微水雾溶解抛光的基本原理。微水雾颗粒作用在KDP晶体表面时,会在晶体表面形成一薄液滴层,使晶体材料被迅速溶解,并在交界处形成一近饱和溶液层,可有效的抑制晶体的进一步溶解；同时在抛光垫和晶体间摩擦力作用下,晶体表面高点材料被去除,新的表面露出,继续被溶解去除,而低点材料因为饱和溶液层的存在得以留存,随着表面高低峰的差值逐渐减小,表面实现平坦化。根据局部平坦化机理,并结合CCOS技术,提出了KDP晶体微水雾溶解抛光基本原理,建立了KDP晶体微水雾溶解抛光试验系统。以抛光中经典Preston方程为基础,通过对抛光工具进行运动学分析,建立了微水雾溶解抛光KDP的去除函数模型和驻留时间函数模型。通过抛光工艺参数试验发现随着微水雾气体水含量的提高材料去除率增大,但表面粗糙度会先减小后增大；随着抛光压力和抛光速度的增大材料去除率增大,而表面粗糙会随抛光压力的增加先增大后减小,随抛光速度的增大而减小。工件的初始表面质量也对抛光后晶体表面质量有较大影响,在其他工艺参数相同条件下,初始表面越光滑越容易得到低表面粗糙的表面。据此,在兼顾抛光后的表面质量和加工效率的同时,论文给出了合理可行的微水雾发生量、气压力,以及抛光转速的使用范围。并通过对工艺参数的合理选择,可使粗加工后的晶体表面平面度降低约40%,达到64.945μm,表面粗糙度降低约64%,达到76.4nm rms,证明了KDP晶体微水雾溶解抛光方法的可行性。
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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ131.13;O786

【参考文献】