硫化锌晶体固结磨料抛光研究

发布时间：2017-09-24 23:37

  本文关键词：硫化锌晶体固结磨料抛光研究

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【摘要】：随着红外技术的快速发展,硫化锌晶体广泛应用于红外成像、红外制导、红外对抗等技术领域。由于硫化锌具有软脆特性,加工过程中容易在工件表面产生划痕、微裂纹等表面缺陷,从而影响器件的性能和使用寿命。本文采用固结磨料抛光硫化锌晶体,研究了硫化锌晶体的材料去除机理,并对固结磨料抛光硫化锌晶体的工艺进行了优化,开展的主要研究工作和获得的成果如下:(1)研究了硫化锌晶体的材料去除机理,建立了单颗磨粒的切深模型。采用显微压痕法测量得到硫化锌晶体硬度为1.83 GPa,并利用经典的临界切深公式计算出硫化锌晶体理论临界切深ac=1.17μm。采用纳米划痕仪对硫化锌晶体进行单颗磨粒刻划实验,分析得出实际临界切深ac=211.5 nm,对应的临界载荷为5.69 mN。单颗磨粒切深模型表明,磨粒切入工件深度与磨粒半径R成正比,与抛光压力P的2/3次方成正比。(2)开展了固结磨料抛光垫的优化研究。采用单因素实验法研究了磨粒种类、磨粒粒径和基体类型对硫化锌晶体固结磨料抛光的影响。实验表明,金刚石磨粒获得的材料去除率和表面质量要优于氧化铈磨粒;粒径2-4μm的金刚石磨粒获得的晶体表面质量最优,材料去除率高;A类基体抛光后的晶体表面无明显划痕和凹坑缺陷,表面质量良好。抛光垫最优参数选择为:金刚石磨粒、粒径2-4μm、A类基体。(3)对比研究了酸性抛光液和碱性抛光液对硫化锌晶体固结磨料抛光的影响。碱性抛光液获得的材料去除非常低,远不如酸性抛光液。柠檬酸抛光液能同时获得优的表面质量和高的材料去除率,抛光后的晶体表面光滑,材料去除率为437 nm/min,表面粗糙度Sa值为4.22 nm。(4)采用正交实验法优化了抛光工艺参数。实验研究了转速、压力、pH值和过氧化氢浓度对硫化锌晶体固结磨料抛光的影响,综合考虑表面粗糙度和材料去除率的最优抛光参数为转速80 r/min、抛光压力20 kPa、抛光液pH值4、过氧化氢浓度0.5%,该参数条件下,获得的硫化锌晶体材料去除率为391 nm/min,表面粗糙度Sa值为2.7 nm,表面质量优,无明显凹坑和划痕损伤。
【关键词】：硫化锌 固结磨料抛光 去除机理 抛光液 固结磨料抛光垫 正交实验
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.692
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 固结磨料抛光技术14-19
• 1.2.1 固结磨料抛光技术简介14-16
• 1.2.2 固结磨料抛光技术研究现状16-17
• 1.2.3 亲水性固结磨料抛光垫17-19
• 1.3 红外光学晶体19-23
• 1.3.1 硫化锌晶体的性质及应用19-21
• 1.3.2 红外光学晶体的加工现状21-23
• 1.4 本文主要研究内容23-25
• 第二章 硫化锌晶体塑性去除临界条件研究25-36
• 2.1 维氏压痕实验25-29
• 2.1.1 实验设置及设备25-26
• 2.1.2 显微压痕形貌26-27
• 2.1.3 硫化锌物理力学性能27-29
• 2.2 纳米划痕实验29-31
• 2.2.1 实验设置及设备29-30
• 2.2.2 纳米划痕形貌及材料去除过程分析30-31
• 2.3 单颗磨粒静态切深模型31-34
• 2.3.1 磨粒与工件的接触模型31-33
• 2.3.2 数值仿真结果及分析33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 固结磨料抛光垫的优化研究36-47
• 3.1 固结磨料抛光垫优化实验设置36-39
• 3.1.1 实验参数设置及设备36-38
• 3.1.2 研磨38-39
• 3.2 磨粒种类的选择39-41
• 3.2.1 材料去除率39-40
• 3.2.2 表面形貌40-41
• 3.2.3 表面粗糙度和微观表面形貌41
• 3.3 磨粒粒径的选择41-44
• 3.3.1 材料去除率42
• 3.3.2 表面形貌42-43
• 3.3.3 表面粗糙度和微观表面形貌43-44
• 3.4 基体类型的选择44-46
• 3.4.1 材料去除率44
• 3.4.2 表面形貌44-45
• 3.4.3 表面粗糙度和微观表面形貌45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 硫化锌晶体的固结磨料抛光47-64
• 4.1 抛光液对硫化锌抛光的影响47-54
• 4.1.1 实验设置及设备47
• 4.1.2 碱性组抛光结果及分析47-51
• 4.1.3 酸性组抛光结果及分析51-54
• 4.2 抛光参数的优化实验54-62
• 4.2.1 实验设计54-55
• 4.2.2 抛光参数对材料去除率的影响55-57
• 4.2.3 抛光参数对表面质量的影响57-61
• 4.2.4 优化及实验验证61-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文72-73

【参考文献】

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本文编号：914124