基于无水环境熔融石英玻璃固结磨粒抛光特性研究
发布时间：2021-05-10 21:40
当前例如民用光学、半导体、光通信、大型激光核聚变装置、天文望远镜等科学和工业领域对高精度的光学元件的需求越来越大。熔融石英玻璃具有较低的热膨胀系数和较大的热惯性,凭借其良好的物理和化学性能被广泛应用于制造窗口和屏蔽片。传统的熔融石英玻璃加工路线主要是“精密/超精密磨削+确定性数控抛光”,在确定性数控抛光阶段目前主要采用的游离磨粒抛光技术,主要由三因素构成:抛光液、抛光垫、工件。游离磨粒抛光能获得极高表面质量（Ra<lnm）、极少亚表面缺陷的光学元件,但也具有一些不足,例如由于加工环境是有水或者溶液环境,抛光后的工件表面会存在几nm到几百nm的水合层,需要又增加新的工序去除,提高了工艺成本;游离抛光过程中磨粒的利用率只有不到0.5%,造成大量浪费等等诸多问题。针对这些不足,本文提出一种将磨料固结成抛光轮并在无水环境下对熔融石英玻璃进行加工的方法,通过该方法能在20min内将熔融石英玻璃的粗糙度Ra从200nm降低到]0nm以下,最终能获得粗糙度Ra小于2 nm,加工效率能达到4.2um/h,略高于游离磨粒抛光技术（4 um/h）,表面无水合层的高质量表面。本文的主要研究内容如下:（...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 序论
1.1 课题来源背景及意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题目的及意义
1.2 常见的光学元件抛光技术简介
1.2.1 小磨头抛光技术
1.2.2 应力盘抛光技术
1.2.3 离子束抛光技术
1.2.4 磁流变抛光技术
1.2.5 气囊抛光技术
1.3 固结磨粒抛光技术
1.3.1 游离磨粒加工的缺陷
1.3.2 固结磨粒抛光的研究现状
1.4 主要研究内容
第二章 固结磨粒抛光轮的制备
2.1 抛光轮组成成份材料
2.2 抛光轮的制作工艺
2.3 抛光轮成份比例对抛光效果的影响
2.3.1 成份配比试验探究
2.3.2 试验条件
2.3.3 实验结果与分析
2.4 磨料的合理选择验证性实验
2.5 本章小结
第三章 固结磨粒抛光的材料去除和表面质量
3.1 固结磨粒抛光的工艺原理及实验装置
3.1.1 工艺原理和实验装置
3.1.2 机床压力校正
3.2 抛光过程的化学分析
3.2.1 实验探究
3.2.2 去除原理
3.3 压力和转速对固结磨粒抛光的影响
3.3.1 对比实验设置
3.3.2 实验结果及分析
3.4 定点抛光实验
3.5 本章小结
第四章 固结磨粒抛光的热分析
4.1 温度测量系统
4.2 熔融石英玻璃的加工温度
4.3 抛光温度的数学模型
4.3.1 工件的温度分析
4.3.2 抛光轮的温度分析
4.3.3 热量分配
4.4 本章小结
第五章 固结磨粒抛光的亚表面缺陷
5.1 亚表面缺陷
5.1.1 表面/亚表面缺陷的形成
5.1.2 亚表面缺陷常用的检测方法
5.2 磁性复合流体抛光技术及其应用
5.3 亚表面缺陷的量化
5.3.1 表面磨削
5.3.2 整面抛光
5.3.3 MCF定量抛光
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]改性酚醛树脂在磨料磨具中的应用研究[J]. 罗浩川. 超硬材料工程. 2018(04)
[2]自由曲面结构磁性抛光去除试验研究[J]. 林龙侨,王振忠,陈世平. 航空制造技术. 2017(12)
[3]神光-Ⅲ主机装置成功实现60TW/180kJ三倍频激光输出[J]. 郑万国,魏晓峰,朱启华,景峰,胡东霞,张小民,粟敬钦,郑奎兴,王成程,袁晓东,周海,陈波,王健,马平,许乔,杨李茗,代万俊,周维,王方,许党朋,谢旭东,冯斌,彭志涛,郭良福,陈远斌,张雄军,刘兰琴,林东晖,党钊,向勇,陈晓东,张维岩. 强激光与粒子束. 2016(01)
[4]轴对称非球面磨削表面粗糙度和波纹度的分布特性[J]. 林晓辉,马凯威,黄海滨,许乔. 强激光与粒子束. 2015(09)
[5]光学元件磨削加工亚表面损伤检测研究[J]. 胡陈林,毕果,叶卉,李洪友. 人工晶体学报. 2014(11)
[6]磨削加工光学元件亚表面损伤探究[J]. 叶卉,杨炜,胡陈林,毕果,彭云峰,许乔. 强激光与粒子束. 2014(09)
[7]确定性抛光非球面光学元件残余误差的评价方法[J]. 王春锦,王振忠,潘日,谢银辉,郭隐彪. 机械工程学报. 2014(09)
[8]大口径光学元件气囊抛光工具刚度可控性[J]. 王振忠,潘日,郭隐彪,张东旭,谢银辉,王健. 强激光与粒子束. 2013(09)
[9]大口径光学元件超精密加工技术与应用[J]. 郭隐彪,杨炜,王振忠,彭云峰,毕果,杨平. 机械工程学报. 2013(19)
[10]边缘效应的去除函数模型及实验[J]. 邓伟杰,张峰,郑立功. 红外与激光工程. 2011(09)
博士论文
[1]能动磨盘加工大口径非球面关键技术研究[D]. 刘海涛.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]离轴非球面光学零件磁流变抛光关键技术研究[D]. 宋辞.国防科学技术大学 2012
[3]采用平转动应力盘技术加工超大口径非球面的研究[D]. 罗霄.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]离子束加工技术研究[D]. 武建芬.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[5]光学镜面离子束加工材料去除机理与基本工艺研究[D]. 焦长君.国防科学技术大学 2008
[6]光学镜面离子束修形理论与工艺研究[D]. 周林.国防科学技术大学 2008
[7]确定性磁流变抛光的关键技术研究[D]. 彭小强.国防科学技术大学 2004
[8]离轴非球面CCOS加工过程关键技术研究[D]. 郑立功.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
[9]SiC光学材料超精密研抛关键技术研究[D]. 王贵林.中国人民解放军国防科学技术大学 2002
[10]计算机控制离轴非球面制造技术研究[D]. 王权陡.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2001
硕士论文
[1]磁流变抛光的关键技术研究[D]. 尤伟伟.国防科学技术大学 2004
本文编号：3180106
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 序论
1.1 课题来源背景及意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题目的及意义
1.2 常见的光学元件抛光技术简介
1.2.1 小磨头抛光技术
1.2.2 应力盘抛光技术
1.2.3 离子束抛光技术
1.2.4 磁流变抛光技术
1.2.5 气囊抛光技术
1.3 固结磨粒抛光技术
1.3.1 游离磨粒加工的缺陷
1.3.2 固结磨粒抛光的研究现状
1.4 主要研究内容
第二章 固结磨粒抛光轮的制备
2.1 抛光轮组成成份材料
2.2 抛光轮的制作工艺
2.3 抛光轮成份比例对抛光效果的影响
2.3.1 成份配比试验探究
2.3.2 试验条件
2.3.3 实验结果与分析
2.4 磨料的合理选择验证性实验
2.5 本章小结
第三章 固结磨粒抛光的材料去除和表面质量
3.1 固结磨粒抛光的工艺原理及实验装置
3.1.1 工艺原理和实验装置
3.1.2 机床压力校正
3.2 抛光过程的化学分析
3.2.1 实验探究
3.2.2 去除原理
3.3 压力和转速对固结磨粒抛光的影响
3.3.1 对比实验设置
3.3.2 实验结果及分析
3.4 定点抛光实验
3.5 本章小结
第四章 固结磨粒抛光的热分析
4.1 温度测量系统
4.2 熔融石英玻璃的加工温度
4.3 抛光温度的数学模型
4.3.1 工件的温度分析
4.3.2 抛光轮的温度分析
4.3.3 热量分配
4.4 本章小结
第五章 固结磨粒抛光的亚表面缺陷
5.1 亚表面缺陷
5.1.1 表面/亚表面缺陷的形成
5.1.2 亚表面缺陷常用的检测方法
5.2 磁性复合流体抛光技术及其应用
5.3 亚表面缺陷的量化
5.3.1 表面磨削
5.3.2 整面抛光
5.3.3 MCF定量抛光
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]改性酚醛树脂在磨料磨具中的应用研究[J]. 罗浩川. 超硬材料工程. 2018(04)
[2]自由曲面结构磁性抛光去除试验研究[J]. 林龙侨,王振忠,陈世平. 航空制造技术. 2017(12)
[3]神光-Ⅲ主机装置成功实现60TW/180kJ三倍频激光输出[J]. 郑万国,魏晓峰,朱启华,景峰,胡东霞,张小民,粟敬钦,郑奎兴,王成程,袁晓东,周海,陈波,王健,马平,许乔,杨李茗,代万俊,周维,王方,许党朋,谢旭东,冯斌,彭志涛,郭良福,陈远斌,张雄军,刘兰琴,林东晖,党钊,向勇,陈晓东,张维岩. 强激光与粒子束. 2016(01)
[4]轴对称非球面磨削表面粗糙度和波纹度的分布特性[J]. 林晓辉,马凯威,黄海滨,许乔. 强激光与粒子束. 2015(09)
[5]光学元件磨削加工亚表面损伤检测研究[J]. 胡陈林,毕果,叶卉,李洪友. 人工晶体学报. 2014(11)
[6]磨削加工光学元件亚表面损伤探究[J]. 叶卉,杨炜,胡陈林,毕果,彭云峰,许乔. 强激光与粒子束. 2014(09)
[7]确定性抛光非球面光学元件残余误差的评价方法[J]. 王春锦,王振忠,潘日,谢银辉,郭隐彪. 机械工程学报. 2014(09)
[8]大口径光学元件气囊抛光工具刚度可控性[J]. 王振忠,潘日,郭隐彪,张东旭,谢银辉,王健. 强激光与粒子束. 2013(09)
[9]大口径光学元件超精密加工技术与应用[J]. 郭隐彪,杨炜,王振忠,彭云峰,毕果,杨平. 机械工程学报. 2013(19)
[10]边缘效应的去除函数模型及实验[J]. 邓伟杰,张峰,郑立功. 红外与激光工程. 2011(09)
博士论文
[1]能动磨盘加工大口径非球面关键技术研究[D]. 刘海涛.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]离轴非球面光学零件磁流变抛光关键技术研究[D]. 宋辞.国防科学技术大学 2012
[3]采用平转动应力盘技术加工超大口径非球面的研究[D]. 罗霄.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]离子束加工技术研究[D]. 武建芬.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[5]光学镜面离子束加工材料去除机理与基本工艺研究[D]. 焦长君.国防科学技术大学 2008
[6]光学镜面离子束修形理论与工艺研究[D]. 周林.国防科学技术大学 2008
[7]确定性磁流变抛光的关键技术研究[D]. 彭小强.国防科学技术大学 2004
[8]离轴非球面CCOS加工过程关键技术研究[D]. 郑立功.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
[9]SiC光学材料超精密研抛关键技术研究[D]. 王贵林.中国人民解放军国防科学技术大学 2002
[10]计算机控制离轴非球面制造技术研究[D]. 王权陡.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2001
硕士论文
[1]磁流变抛光的关键技术研究[D]. 尤伟伟.国防科学技术大学 2004
本文编号：3180106
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