KDP晶体油润滑辅助飞切加工表面形成机理及工艺研究
发布时间：2021-07-29 20:00
KDP晶体主要应用在惯性约束激光核聚变和固体激光器系统中,但KDP晶体具有脆性低、易潮解、各向异性和对温度敏感等特点,是世界上公认的典型难加工材料。目前主要使用单点金刚石飞切加工工艺对KDP晶体进行加工,但是加工过程中产生的切削热会严重影响工件的加工表面质量与表面完整性,严重的影响了激光器的输出功率与使役寿命。目前对KDP晶体飞切加工过程中的切削热的产生于扩散机理等缺乏系统的研究,切削热对工件的表面质量的影响机理尚不明确,实现KDP晶体高效高表面完整性的加工成为进一步提升惯性约束核聚变与固体激光器元件制造领域的瓶颈。本文主要研究KDP晶体飞切加工过程中切削油对工件表面质量的影响。首先基于KDP晶体力学性能与飞切加工特点分析并计算飞切过程中的切削力,然后基于热量扩散原理与流体对流换热分析飞切过程中KDP晶体干式飞切加工与油润辅助飞切过程中的温度场情况,最后依照飞切加工的特点与温度场分布状况,建立干式飞切加工和油润辅助飞切加工后工件的表面形貌模型。分析KDP晶体飞切加工过程中切削力时,由于材料为脆性材料,对切削截面进行弹性区域、塑性区域和脆性区域的划分,根据不同区域的切削力的差异计算出准静...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ICF三类KDP晶体元件及其在激光光路中的作用[5]
切削油进行油润滑辅助飞切加工可以有效的抑制光学“疵脖的出现，降低KDP晶体元件的表面粗糙度，提高KDP晶体元件的表面质量，从而获得具有高表面质量的KDP晶体元件。但目前国内开展KDP晶体油润滑辅助飞切加工的相关报道，内容不全面，没有对KDP晶体油润滑辅助飞切加工技术进行系统性的实验研究，缺少KDP晶体飞切加工过程中KDP晶体与切削油的作用机理。在使用切削油的过程中，加工表面会出现明显的潮解现象，如图1-2所示。潮解现象会严重的破坏表面形貌，降低晶体的光学性能[13]。60μm无潮解30μm潮解潮解区域图1-2KDP晶体表面潮解现象对比图[13]目前KDP晶体元件的激光损伤阈值低于该晶体固有激光损伤阈值，在相关的因素中发现KDP晶体元件的表面加工损伤对激光损伤阈值有着重要的影响。为了进一步提高KDP晶体元件的表面质量，提高其激光损伤阈值，需要对KDP晶体的加工工艺进行进一步的深入研究。因此，开展KDP晶体油润滑辅助飞切加工技术系统性的实验研究，分析油润滑辅助飞切加工过程中切削油对KDP晶体加工表面的作用机理，探究切削油对KDP晶体的温度场以及工件表面形貌的影响，对于分析飞切加工过程中切削油的作用机理，提高KDP晶体工件的加工效率，提升KDP晶体元件加工表面质量，优化KDP晶体飞切加工工艺，从而获得具有高表面完整性的KDP晶体元件，提高工件的激光损伤阈值并增加元件的使役寿命具有重要的理论意义。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5为1.3GPa-1.7GPa。同时，他们还使用努氏压头测量KDP晶体(001)晶面内不同晶向的硬度值，在(001)晶面内晶体的努氏硬度变化范围为1.6GPa-1.7GPa，随后使用Antis模型和Evans模型计算KDP晶体的断裂韧性，得到(001)晶面内断裂韧性的变化范围为0.09-0.22MPa.m1/2,(001)晶面内断裂韧性的变化范围为0.22-0.37MPa.m1/2[17]。(a)KDP晶体硬度(b)KDP晶体断裂韧性图1-4KDP晶体硬度与断裂韧性测试结果[17]C.Guin等人使用压痕技术以及择优腐蚀法对KDP晶体的塑性变形机理进行研究，在室温下观察到KDP晶体的塑性变形主要为滑移，并指出KDP晶体内部存在两类滑移系：第一类滑移系为(110)、(101)、(112)以及(123)，其布氏矢量<111>/2；第二类滑移系为(010)，其布氏矢量<110>[18]。C.Kucheyev等人利用球形压头在KDP晶体不同晶面方向上进行纳米压痕试验，在载荷-位移曲线的加载过程中观察到了“pop-in”现象，如图1-5为实验结果。作者指出压痕曲线上的“pop-in”现象是因KDP晶体发生塑性滑移引起的，其中第一个“pop-in”起始点为塑性滑移的起始点[19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation on the cleaning of KDP ultra-precision surface polished with micro water dissolution machining principle[J]. CHEN YuChuan,GAO Hang,WANG Xu,GUO DongMing,TENG XiaoJi. Science China（Technological Sciences）. 2017(01)
[2]磷酸二氢钾晶体飞切过程中温度场的分布及其对切屑形貌的影响[J]. 汪圣飞,安晨辉,张飞虎,游雾,雷向阳. 光学精密工程. 2016(08)
[3]Nano-indentation study on the（001） face of KDP crystal based on SPH method[J]. 郭晓光,刘子源,高航,郭东明. Journal of Semiconductors. 2015(08)
[4]KDP晶体的高温热行为及其热脱水反应动力学研究[J]. 丁建旭,赵迎,王圣来,谷亦杰,崔洪芝,刘洪权,徐国纲. 人工晶体学报. 2015(05)
[5]光学零件可控柔体制造的理论基础与方法[J]. 李圣怡,彭小强. 机械工程学报. 2013(17)
[6]激光核聚变与高功率激光:历史与进展[J]. 范滇元,张小民. 物理. 2010(09)
[7]KDP晶体微纳米加工表层缺陷对其激光损伤阈值的影响[J]. 陈明君,姜伟,庞启龙,刘新艳. 强激光与粒子束. 2010(01)
[8]Subsurface Damage in Scratch Testing of Potassium Dihydrogen Phosphate Crystal[J]. WANG Ben, WU Dongjiang, GAO Hang, KANG Renke, and GUO DongmingKey Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2009(01)
[9]KDP晶体的磁流变抛光研究[J]. 马彦东,李圣怡,彭小强,陈浩锋. 航空精密制造技术. 2007(04)
[10]KDP晶体单点金刚石切削脆塑转变机理的研究[J]. 王景贺,陈明君,董申,张龙江. 光电工程. 2005(07)
博士论文
[1]基于水溶解原理的KDP晶体超精密数控抛光方法[D]. 王旭.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]KDP晶体切削过程热行为分析与实验研究[D]. 冯可.电子科技大学 2019
[2]KDP晶体潮解机理及材料溶解可加工性试验研究[D]. 滕晓辑.大连理工大学 2007
[3]KDP晶体SPDT加工时冷却液对表面质量影响的研究[D]. 兰志俊.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3309961
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ICF三类KDP晶体元件及其在激光光路中的作用[5]
切削油进行油润滑辅助飞切加工可以有效的抑制光学“疵脖的出现，降低KDP晶体元件的表面粗糙度，提高KDP晶体元件的表面质量，从而获得具有高表面质量的KDP晶体元件。但目前国内开展KDP晶体油润滑辅助飞切加工的相关报道，内容不全面，没有对KDP晶体油润滑辅助飞切加工技术进行系统性的实验研究，缺少KDP晶体飞切加工过程中KDP晶体与切削油的作用机理。在使用切削油的过程中，加工表面会出现明显的潮解现象，如图1-2所示。潮解现象会严重的破坏表面形貌，降低晶体的光学性能[13]。60μm无潮解30μm潮解潮解区域图1-2KDP晶体表面潮解现象对比图[13]目前KDP晶体元件的激光损伤阈值低于该晶体固有激光损伤阈值，在相关的因素中发现KDP晶体元件的表面加工损伤对激光损伤阈值有着重要的影响。为了进一步提高KDP晶体元件的表面质量，提高其激光损伤阈值，需要对KDP晶体的加工工艺进行进一步的深入研究。因此，开展KDP晶体油润滑辅助飞切加工技术系统性的实验研究，分析油润滑辅助飞切加工过程中切削油对KDP晶体加工表面的作用机理，探究切削油对KDP晶体的温度场以及工件表面形貌的影响，对于分析飞切加工过程中切削油的作用机理，提高KDP晶体工件的加工效率，提升KDP晶体元件加工表面质量，优化KDP晶体飞切加工工艺，从而获得具有高表面完整性的KDP晶体元件，提高工件的激光损伤阈值并增加元件的使役寿命具有重要的理论意义。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5为1.3GPa-1.7GPa。同时，他们还使用努氏压头测量KDP晶体(001)晶面内不同晶向的硬度值，在(001)晶面内晶体的努氏硬度变化范围为1.6GPa-1.7GPa，随后使用Antis模型和Evans模型计算KDP晶体的断裂韧性，得到(001)晶面内断裂韧性的变化范围为0.09-0.22MPa.m1/2,(001)晶面内断裂韧性的变化范围为0.22-0.37MPa.m1/2[17]。(a)KDP晶体硬度(b)KDP晶体断裂韧性图1-4KDP晶体硬度与断裂韧性测试结果[17]C.Guin等人使用压痕技术以及择优腐蚀法对KDP晶体的塑性变形机理进行研究，在室温下观察到KDP晶体的塑性变形主要为滑移，并指出KDP晶体内部存在两类滑移系：第一类滑移系为(110)、(101)、(112)以及(123)，其布氏矢量<111>/2；第二类滑移系为(010)，其布氏矢量<110>[18]。C.Kucheyev等人利用球形压头在KDP晶体不同晶面方向上进行纳米压痕试验，在载荷-位移曲线的加载过程中观察到了“pop-in”现象，如图1-5为实验结果。作者指出压痕曲线上的“pop-in”现象是因KDP晶体发生塑性滑移引起的，其中第一个“pop-in”起始点为塑性滑移的起始点[19]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation on the cleaning of KDP ultra-precision surface polished with micro water dissolution machining principle[J]. CHEN YuChuan,GAO Hang,WANG Xu,GUO DongMing,TENG XiaoJi. Science China（Technological Sciences）. 2017(01)
[2]磷酸二氢钾晶体飞切过程中温度场的分布及其对切屑形貌的影响[J]. 汪圣飞,安晨辉,张飞虎,游雾,雷向阳. 光学精密工程. 2016(08)
[3]Nano-indentation study on the（001） face of KDP crystal based on SPH method[J]. 郭晓光,刘子源,高航,郭东明. Journal of Semiconductors. 2015(08)
[4]KDP晶体的高温热行为及其热脱水反应动力学研究[J]. 丁建旭,赵迎,王圣来,谷亦杰,崔洪芝,刘洪权,徐国纲. 人工晶体学报. 2015(05)
[5]光学零件可控柔体制造的理论基础与方法[J]. 李圣怡,彭小强. 机械工程学报. 2013(17)
[6]激光核聚变与高功率激光:历史与进展[J]. 范滇元,张小民. 物理. 2010(09)
[7]KDP晶体微纳米加工表层缺陷对其激光损伤阈值的影响[J]. 陈明君,姜伟,庞启龙,刘新艳. 强激光与粒子束. 2010(01)
[8]Subsurface Damage in Scratch Testing of Potassium Dihydrogen Phosphate Crystal[J]. WANG Ben, WU Dongjiang, GAO Hang, KANG Renke, and GUO DongmingKey Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2009(01)
[9]KDP晶体的磁流变抛光研究[J]. 马彦东,李圣怡,彭小强,陈浩锋. 航空精密制造技术. 2007(04)
[10]KDP晶体单点金刚石切削脆塑转变机理的研究[J]. 王景贺,陈明君,董申,张龙江. 光电工程. 2005(07)
博士论文
[1]基于水溶解原理的KDP晶体超精密数控抛光方法[D]. 王旭.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]KDP晶体切削过程热行为分析与实验研究[D]. 冯可.电子科技大学 2019
[2]KDP晶体潮解机理及材料溶解可加工性试验研究[D]. 滕晓辑.大连理工大学 2007
[3]KDP晶体SPDT加工时冷却液对表面质量影响的研究[D]. 兰志俊.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3309961
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