液体约束微大气等离子体区域选择性抛光的研究

发布时间：2017-08-23 18:07

  本文关键词：液体约束微大气等离子体区域选择性抛光的研究

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【摘要】：随着微结构表面的应用越来越广泛,人们对加工具有高效超光滑表面的光学元件提出了更高的要求。然而,传统的机械研磨抛光不仅会对工件的表面及亚表面造成损伤,表面质量也很难达到要求。大气等离子体抛光是利用等离子体与工件表面材料的化学作用去除材料,可以降低粗糙度值,不会造成表面破坏和亚表层损伤,理论上是解决微结构表面光学元件高精度、高效率制造的有效途径。等离子体加工中存在加工区域分辨率低的问题,由于等离子体的空间扩散,其加工范围约为等离子体炬口径的2~5倍,面形精度较低。因此本文提出了在工件表面覆盖一层液体膜,等离子体只有“吹开”液体膜才能与工件接触反应,依靠液体的约束来实现区域选择性加工。本文根据提出的液体约束理论在原系统的基础上改进了等离子发生装置,并且对其进行多相流流场仿真,证明提出的加工方法在理论上的可行性。选择不同的液体来约束等离子体,约束的方法有两种,分别依据物理原理和化学原理。两种约束方法分别实验,然后观察实验结果,并分析两种方式的可行性。实验发现液蜡约束加工可以实现定区域加工,在多次实验后,分析了液蜡约束的加工面型曲线,并对实验的可控性进行了验证。分析了不同工艺参数对实验的影响程度和去除量的变化规律,并且和无约束加工进行了对比,阐述了液体约束对加工分辨率和面形精度的提高,说明了液蜡约束对表面质量的影响。在大量实验的基础上,选择惰性气体流量、加工功率和约束直径等工艺参数进行实验规划。将实验结果进行处理,建立去除函数模型,利用数学软件拟合出其与三个工艺参数的关系。然后进行了验证实验,结果表明,拟合出的函数表达式可以较准确的描述预测结果。
【关键词】：大气等离子体 液体约束 熔石英 工艺参数 去除函数
【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】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 本课题的研究目的及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状及分析9-14
• 1.3.1 超光滑表面加工方法的研究现状9-12
• 1.3.2 大气等离子体抛光的研究现状12-13
• 1.3.3 研究动态分析13-14
• 1.4 本课题主要研究内容14-16
• 第2章 大气等离子体加工系统原理及改进16-30
• 2.1 系统原理16-20
• 2.1.1 等离子体的物理化学特性16-17
• 2.1.2 等离子体加工表面的反应机理17-18
• 2.1.3 大气等离子体加工系统简介18-20
• 2.2 等离子炬的改进设计20-24
• 2.2.1 加工原理的改进20-21
• 2.2.2 原系统等离子体炬的加工21-22
• 2.2.3 新炬的设计22-24
• 2.3 气液固多相流建模仿真24-29
• 2.3.1 FLUENT软件的介绍25-26
• 2.3.2 平板电极放电的仿真26-27
• 2.3.3 同轴电极放电炬的仿真27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 液体约束等离子体加工实验验证30-53
• 3.1 实验方案的设计30-31
• 3.2 以水为约束液体时的加工实验31-35
• 3.2.1 平板电极放电加工实验31-34
• 3.2.2 同轴电极炬射流放电实验34-35
• 3.2.3 水膜约束实验加工中存在的问题和结论35
• 3.3 以液体石蜡为约束的加工实验35-40
• 3.3.1 液体石蜡的简介36
• 3.3.2 液体石蜡约束实验36-39
• 3.3.3 液体石蜡约束加工实验机理说明39-40
• 3.4 液蜡约束实验可控性验证40-43
• 3.4.1 短时可重复性实验40-41
• 3.4.2 小扰动稳定性试验41-43
• 3.5 液体约束加工中去除量的变化43-47
• 3.5.1 定约束直径时去除量随时间变化特性43-46
• 3.5.2 定时变约束直径时去除量的变化特性46-47
• 3.6 液体约束对加工质量的影响47-51
• 3.6.1 液体约束对加工分辨率的影响47-50
• 3.6.2 液体约束加工对表面质量的影响50-51
• 3.7 本章小结51-53
• 第4章 去除函数模型的建立与验证53-62
• 4.1 工艺参数的选择53-54
• 4.2 实验方案的设计54-56
• 4.3 去除函数公式的拟合56-60
• 4.3.1 拟合方法57-59
• 4.3.2 公式拟合59-60
• 4.4 公式验证60-61
• 4.5 误差分析61
• 4.6 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：726486