DKDP晶体缺陷区微观力学行为及其对微铣削修复质量的影响
发布时间：2021-11-20 19:04
激光核聚变是目前解决能源问题的一个重要途径。KDP/DKDP晶体具有优良非线性光学性能,同时是目前唯一的可应用于ICF光学系统中的大尺寸倍频元件。然而KDP/DKDP晶体表面/亚表面缺陷使得KDP/DKDP光学元件在强激光辐照作用下引起激光损伤,并造成激光损伤阈值大幅度降低,严重阻碍了激光核聚变的发展。对KDP/DKDP晶体进行表面损伤和表面缺陷修复有助于延长KDP/DKDP晶体光学元件在激光核聚变中的工程使用寿命,具有很大的工程价值。目前,微铣削机械修复是最为理想的修复方法。本文以DKDP晶体的表面/亚表面缺陷为研究对象,探究缺陷对力学性能和微铣削修复质量的影响,有助于理解微铣削亚表面的损伤特性和表面缺陷对材料力学性能的影响程度,并对微铣削修复加工具有参考意义。通过对DKDP晶体飞切表面和铣削表面的力学性能进行研究,发现DKDP晶体铣削表面的弹性模量和硬度变化幅度分别为16%和13%,飞切表面的弹性模量和硬度变化幅度分别为21%、17%,说明DKDP晶体铣削表面力学性能的各向异性低于飞切表面力学性能的各向异性。同时除了45°晶向外,铣削表面的硬度和弹性模量低于飞切表面的硬度和弹性模量...
【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】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国国家点火装置原理图[6]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2图1-1美国国家点火装置原理图[6]缺陷，如划痕、凹坑、裂缝等[7]。这些表面加工缺陷会对晶体元件的热吸收性能、光传输性能以及力学特性等造成不良影响，使得KDP/DKDP光学元件在强激光辐照作用下引起激光损伤，并造成激光损伤阈值大幅度降低。严重时还会在元件内诱导产生贯穿性丝状破坏，并使得整块晶体元件报废。因此，减小KDP/DKDP晶体表面加工缺陷是提高其激光损伤阈值的重要举措。图1-2KDP晶体表面缺陷:（a）凹坑；（b）裂缝;；（c）凸起；（d）凸状划痕；（e）划痕[7]为了延长KDP/DKDP晶体光学元件在激光核聚变系统中的工程使用寿命，从而最大限度的降低激光核聚变系统的经济成本，对KDP/DKDP晶体进行表面损伤和表面缺陷修复是具有很大的工程价值。目前常见的光学元件修复方法有CO2激光修复，化学刻蚀和微机械修复。KDP/DKDP晶体极易潮解的特性使得化学刻蚀不适合KDP/DKDP晶体表面损伤修复。微机械修复是KDP/DKDP晶体最为理想的修复方法。因此，本文利用有限元仿真方法研究缺陷对DKDP晶体微铣削修复质量的影响，这对微铣削修复加工具有重要的参考价值。本文将研究
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3DKDP晶体加工过程所形成的亚表面缺陷和表面微裂纹缺陷对力学性能的影响，这对理解DKDP晶体微铣削亚表面的损伤特性与程度具有重要意义，并且对DKDP晶体修复区域的选取提供参考依据。1.2KDP/DKDP晶体的结构特点KDP/DKDP晶体是一类具有优良非线性光学性能的晶体。KDP晶体化学式为KH2PO4。DKDP晶体为KDP晶体的同位素晶体，化学式为K(DXH1-X)2PO4。在常温条件下，KDP/DKDP晶体的常见晶型为四方晶系，其晶体结构和晶体外形如图1-3所示。KDP/DKDP晶体中包含离子键、氢键和共价键[8]。在KDP/DKDP晶体结构中，PO4基团由氧原子（O）与磷原子（P）以共价键的方式连接形成。PO4基团之间以氢键的方式连接，氢键的方向垂直于c轴，并且氢键中H原子位置并不在两个氧原子之间的中间位置。同时，K原子与PO4基团之间以离子键的方式连接。因此，以氢键连接的PO4基团组成KDP/DKDP晶体的基本三维结构，而K原子穿插其中。晶体结构决定晶体特性。在室温条件下，KDP晶体的晶格常数为a=b=0.7453nm，c=0.6975nm，而DKDP晶体中晶格常数a（b）随氘含量的增大而增大，但晶格常数c却无明显变化规律，这是因为晶格结构氢键与c轴垂直，因此氘含量的变化对c轴影响较小[9]，相反对c轴垂直的a、b轴影响较大。KDP/DKDP晶体中原子及其基团周期性有序排列，不同晶面和晶向上原子（a）（b）图1-3（a）KDP/DKDP晶体的理想外形；（b）KDP/DKDP晶体的结构模型[8]排列密度不同，导致原子间的结合力也不同，因而KDP/DKDP晶体存在各向异性，即不同晶面和晶向上的力学性能存在差异。了解KDP/DKDP晶体结构有助于更深入理解KDP/DKDP晶的力学性能，并且为本文DKDP晶体力学性能研究提供理论基矗
【参考文献】：
期刊论文
[1]大尺寸KDP/DKDP晶体热膨胀系数研究[J]. 刘琳,王圣来,刘光霞,王端良,李伟东,丁建旭. 人工晶体学报. 2015(06)
[2]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)
[3]汇聚192束激光的NIF——美国利弗莫尔实验室国家点火装置今夏“点火”[J]. 冯诗齐. 世界科学. 2009(05)
[4]KDP晶体微纳加工表层杂质对其激光损伤阈值影响的有限元分析[J]. 陈明君,庞启龙,刘新艳. 强激光与粒子束. 2008(07)
[5]KDP晶体各向异性力学特性分析[J]. 曹先锁,吴东江,王奔,高航,康仁科. 人工晶体学报. 2008(03)
[6]惯性约束核聚变[J]. 刘红. 现代物理知识. 2002(01)
[7]化学处理增强光学材料的抗激光破坏强度[J]. 李仲伢,程雷,李成富. 光学学报. 1999(06)
博士论文
[1]KDP晶体修复用球头微铣刀及其对表面质量影响的研究[D]. 陈妮.哈尔滨工业大学 2018
[2]DKDP系列晶体制备及性质研究[D]. 刘宝安.山东大学 2013
硕士论文
[1]基于XRD的光学晶体表面/亚表面的损伤检测及实验验证[D]. 胡旷南.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于XRD的超精密加工表面/亚表面损伤表征技术[D]. 梁斌.哈尔滨工业大学 2017
[3]用纳米压痕法表征薄膜的应力—应变关系[D]. 黄勇力.湘潭大学 2006
本文编号：3507938
【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】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国国家点火装置原理图[6]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2图1-1美国国家点火装置原理图[6]缺陷，如划痕、凹坑、裂缝等[7]。这些表面加工缺陷会对晶体元件的热吸收性能、光传输性能以及力学特性等造成不良影响，使得KDP/DKDP光学元件在强激光辐照作用下引起激光损伤，并造成激光损伤阈值大幅度降低。严重时还会在元件内诱导产生贯穿性丝状破坏，并使得整块晶体元件报废。因此，减小KDP/DKDP晶体表面加工缺陷是提高其激光损伤阈值的重要举措。图1-2KDP晶体表面缺陷:（a）凹坑；（b）裂缝;；（c）凸起；（d）凸状划痕；（e）划痕[7]为了延长KDP/DKDP晶体光学元件在激光核聚变系统中的工程使用寿命，从而最大限度的降低激光核聚变系统的经济成本，对KDP/DKDP晶体进行表面损伤和表面缺陷修复是具有很大的工程价值。目前常见的光学元件修复方法有CO2激光修复，化学刻蚀和微机械修复。KDP/DKDP晶体极易潮解的特性使得化学刻蚀不适合KDP/DKDP晶体表面损伤修复。微机械修复是KDP/DKDP晶体最为理想的修复方法。因此，本文利用有限元仿真方法研究缺陷对DKDP晶体微铣削修复质量的影响，这对微铣削修复加工具有重要的参考价值。本文将研究
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3DKDP晶体加工过程所形成的亚表面缺陷和表面微裂纹缺陷对力学性能的影响，这对理解DKDP晶体微铣削亚表面的损伤特性与程度具有重要意义，并且对DKDP晶体修复区域的选取提供参考依据。1.2KDP/DKDP晶体的结构特点KDP/DKDP晶体是一类具有优良非线性光学性能的晶体。KDP晶体化学式为KH2PO4。DKDP晶体为KDP晶体的同位素晶体，化学式为K(DXH1-X)2PO4。在常温条件下，KDP/DKDP晶体的常见晶型为四方晶系，其晶体结构和晶体外形如图1-3所示。KDP/DKDP晶体中包含离子键、氢键和共价键[8]。在KDP/DKDP晶体结构中，PO4基团由氧原子（O）与磷原子（P）以共价键的方式连接形成。PO4基团之间以氢键的方式连接，氢键的方向垂直于c轴，并且氢键中H原子位置并不在两个氧原子之间的中间位置。同时，K原子与PO4基团之间以离子键的方式连接。因此，以氢键连接的PO4基团组成KDP/DKDP晶体的基本三维结构，而K原子穿插其中。晶体结构决定晶体特性。在室温条件下，KDP晶体的晶格常数为a=b=0.7453nm，c=0.6975nm，而DKDP晶体中晶格常数a（b）随氘含量的增大而增大，但晶格常数c却无明显变化规律，这是因为晶格结构氢键与c轴垂直，因此氘含量的变化对c轴影响较小[9]，相反对c轴垂直的a、b轴影响较大。KDP/DKDP晶体中原子及其基团周期性有序排列，不同晶面和晶向上原子（a）（b）图1-3（a）KDP/DKDP晶体的理想外形；（b）KDP/DKDP晶体的结构模型[8]排列密度不同，导致原子间的结合力也不同，因而KDP/DKDP晶体存在各向异性，即不同晶面和晶向上的力学性能存在差异。了解KDP/DKDP晶体结构有助于更深入理解KDP/DKDP晶的力学性能，并且为本文DKDP晶体力学性能研究提供理论基矗
【参考文献】：
期刊论文
[1]大尺寸KDP/DKDP晶体热膨胀系数研究[J]. 刘琳,王圣来,刘光霞,王端良,李伟东,丁建旭. 人工晶体学报. 2015(06)
[2]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)
[3]汇聚192束激光的NIF——美国利弗莫尔实验室国家点火装置今夏“点火”[J]. 冯诗齐. 世界科学. 2009(05)
[4]KDP晶体微纳加工表层杂质对其激光损伤阈值影响的有限元分析[J]. 陈明君,庞启龙,刘新艳. 强激光与粒子束. 2008(07)
[5]KDP晶体各向异性力学特性分析[J]. 曹先锁,吴东江,王奔,高航,康仁科. 人工晶体学报. 2008(03)
[6]惯性约束核聚变[J]. 刘红. 现代物理知识. 2002(01)
[7]化学处理增强光学材料的抗激光破坏强度[J]. 李仲伢,程雷,李成富. 光学学报. 1999(06)
博士论文
[1]KDP晶体修复用球头微铣刀及其对表面质量影响的研究[D]. 陈妮.哈尔滨工业大学 2018
[2]DKDP系列晶体制备及性质研究[D]. 刘宝安.山东大学 2013
硕士论文
[1]基于XRD的光学晶体表面/亚表面的损伤检测及实验验证[D]. 胡旷南.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于XRD的超精密加工表面/亚表面损伤表征技术[D]. 梁斌.哈尔滨工业大学 2017
[3]用纳米压痕法表征薄膜的应力—应变关系[D]. 黄勇力.湘潭大学 2006
本文编号：3507938
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