光學(xué)玻璃元件氧化鈰超精密低損傷磨削研究.pdf

1、為開發(fā)新能源，實(shí)現(xiàn)可控的核聚變，世界各國開展了慣性約束核聚變研究。慣性約束核聚變裝置需要使用大量的光學(xué)玻璃元件，而核聚變裝置性能的提升主要受到光學(xué)玻璃元件精度和缺陷兩方面的制約。研究發(fā)現(xiàn)，光學(xué)玻璃元件的損傷閾值和光學(xué)玻璃元件的表面、亞表面缺陷有直接的關(guān)系，光學(xué)元件的缺陷越少，激光通過時(shí)的能量集中效應(yīng)越小，損傷閾值就越高。因此，國際上都在研究如何優(yōu)化光學(xué)玻璃元件的加工工藝，盡可能減少表面、亞表面缺陷的產(chǎn)生，提高慣性約束核聚變裝置的性能水平

2、。
　　目前，氧化鈰磨削被用于IC領(lǐng)域的單晶硅片加工上，可以減少損傷和控制加工應(yīng)力，在光學(xué)玻璃元件加工領(lǐng)域研究較少。能否將這一工藝方法應(yīng)用到光學(xué)玻璃加工中，提高玻璃的抗激光損傷域值，需要深刻認(rèn)識氧化鈰磨削的材料去除機(jī)理，建立磨削的力熱模型，設(shè)計(jì)合理的工藝，達(dá)到有效減少光學(xué)元件表面亞表面缺陷的目的。因此，本文的研究工作對提高慣性約束核聚變裝置玻璃原件加工質(zhì)量和效率有著十分重要的意義。本文主要研究工作如下：
　　1)研究了氧化鈰

3、磨削的材料去除機(jī)理。從氧化鈰磨削過程中的機(jī)械作用和化學(xué)作用出發(fā)，研究了氧化鈰砂輪磨削時(shí)可能存在的高溫化學(xué)反應(yīng)，及如何產(chǎn)生較軟的變質(zhì)層，降低材料去除的阻力和表面殘留應(yīng)力，從而減少磨削產(chǎn)生的缺陷。
　　2)建立了氧化鈰磨削的力和溫度模型。從平行磨削的方式出發(fā)，考慮磨削力與切深、砂輪線速度、工件進(jìn)給速度的關(guān)系，根據(jù)角正回歸法建立了氧化鈰砂輪磨削的力的模型，并在磨削力的測量試驗(yàn)中驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確度。同時(shí)，從熱力學(xué)和能量守恒原理出發(fā)，建立

4、了氧化鈰磨削光學(xué)玻璃材料的溫度模型。分析了磨削工藝參數(shù)如切深、砂輪線速度、工件進(jìn)給速度、冷卻條件等對磨削區(qū)域局部最高溫度的影響，并對不同工藝參數(shù)下的磨削溫度進(jìn)行了估計(jì)。
　　3)優(yōu)化了氧化鈰磨削的工藝。從三種氧化鈰砂輪磨削試驗(yàn)出發(fā)，探討了氧化鈰砂輪磨削材質(zhì)軟、易損耗的特性和容易出現(xiàn)燒傷、局部損傷的問題，研究了如何達(dá)到幾納米表面粗糙度的磨削工藝，對比傳統(tǒng)的研拋工藝、磁流變拋光工藝研究了氧化鈰磨削的表面損傷和亞表面損傷，研究了去除光學(xué)