熔石英光学元件亚表层损伤实验研究

发布时间：2017-03-26 16:03

  本文关键词：熔石英光学元件亚表层损伤实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：熔石英光学材料是一种高新技术产品，在现代各领域的应用越来越广泛，特别是航天航空等领域具有大量应用需求，，其制造成本和制造工艺的复杂性远远超过其他同类产品。由于其产品的制造难度较大，因此其成品质量的高低就成为了人们最为关注的问题，其中尤以亚表层损伤的问题至关重要。本文就以熔石英光学元件的亚表层损伤机理、检测实验方法及工艺等方面进行了相关的研究和论述。 论述了几种常用的亚表层损伤检测方法和原理，分析了其优缺点。在此基础上说明了使用荧光共聚焦显微技术来检测光学元件亚表层损伤的可行性和准确性。 从受力分析、形成原因和损伤结构等几个方面对亚表层损伤的形成机理进行了深入的研究和讨论，通过角度抛光实验展示了亚表层损伤的几种不同微观形貌。从光学显微镜下得到了损伤层的大致深度，进一步通过纳米压痕实验论证试件表面裂纹的产生和扩散机理。计算得到熔石英玻璃的维氏硬度和断裂韧性值，验证了亚表层损伤机理的准确性。 使用共聚焦激光扫描显微镜对熔石英玻璃试件的亚表层损伤进行了检测实验。在荧光检测实验中详细解释了荧光量子点的构成、性质和量子点荧光现象的产生过程，重点使用共聚焦显微镜获得了试件的亚表层损伤层析图像。对比角度抛光法所得到的亚表层损伤深度，可以明确在一定的加工条件下亚表层损伤的分布情况。使用图像处理软件Image-Pro Plus6.0分析了亚表层损伤的分布图像及分布密度，定量的给出了亚表层损伤的基本规律。 通过一系列的研抛实验，分析研究在研抛过程中熔石英光学元件的加工参数与表面质量之间的关系，分别建立了表面粗糙度和亚表层损伤的预测模型。经过参数优化最终得到了熔石英光学元件加工参数的多目标优化模型，经过实验验证，确定了模型的有效性。
【关键词】：熔石英 亚表层损伤 共聚焦显微技术 参数优化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 课题来源8
• 1.2 研究的目的和意义8-12
• 1.3 光学元件的超精密加工技术12-16
• 1.3.1 研磨与抛光12-13
• 1.3.2 光学元件超精密加工方法简介13-15
• 1.3.3 光学元件亚表层损伤检测方法简介15-16
• 1.4 国内外在该方向的研究现状及分析16-18
• 1.4.1 国外研究现状17
• 1.4.2 国内研究现状17-18
• 1.5 理想点法基本原理18-19
• 1.6 主要研究内容19-20
• 第2章 亚表层损伤形成机理研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 熔石英光学材料特性分析20-21
• 2.3 熔石英玻璃亚表层损伤形成机理分析21-25
• 2.3.1 亚表层损伤的结构21-22
• 2.3.2 亚表层损伤结构受力分析22-23
• 2.3.3 微裂纹分布原因分析23-25
• 2.4 熔石英玻璃的纳米压痕实验25-32
• 2.4.1 产生裂纹的临界压力载荷28
• 2.4.2 临界压力载荷的计算28-29
• 2.4.3 纳米压痕实验验证29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 使用荧光量子点表征亚表层损伤程度33-48
• 3.1 引言33
• 3.2 荧光量子点的主要性质33-34
• 3.3 量子点与试件表面的相互作用34-36
• 3.4 角度抛光法检测亚表层损伤深度36-39
• 3.4.1 角度抛光法实验36-38
• 3.4.2 光学观测亚表层损伤微观形貌38-39
• 3.5 熔石英光学玻璃亚表层损伤荧光检测实验39-47
• 3.5.1 实验所用仪器和试件介绍39-40
• 3.5.2 共聚焦激光扫描显微镜成像原理40-42
• 3.5.3 亚表层损伤程度检测实验42-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 熔石英光学玻璃抛光工艺参数研究48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 熔石英玻璃抛光工艺参数实验研究48-54
• 4.2.1 所用的实验工具48-49
• 4.2.2 实验设计方案49-50
• 4.2.3 建立回归方程并检验方程系数50-54
• 4.3 抛光工艺参数的优化54-57
• 4.3.1 熔石英玻璃抛光参数优化分析54-56
• 4.3.2 参数的优化验证56-57
• 4.4 抛光工艺参数对表面粗糙度和亚表层损伤的影响57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：269012