基于MD方法的石英玻璃納米級加工機理研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展，很多高端領(lǐng)域?qū)τ诓牧系男阅芎图庸べ|(zhì)量的要求越來越高。石英玻璃由于其優(yōu)異的性能，所以在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用非常的廣泛。例如，高精尖的設(shè)備很多都會用到石英玻璃材料，而且對于石英玻璃的加工質(zhì)量有著極為嚴格的要求。因為石英玻璃的脆硬性以及加工條件的限制，在加工石英玻璃的過程中容易出現(xiàn)嚴重的表面及亞表面損傷，如裂紋等。目前，很多領(lǐng)域?qū)τ谑⒉ＡП砻尜|(zhì)量的要求都達到了納米級，而實驗條件對于納米級加工的加工機理的研究存在很大的困難。所以

2、，仿真的方法為石英玻璃的納米級研究提供了一種可能性。在眾多的機械仿真方法里，分子動力學(xué)（MD）仿真有著諸多的優(yōu)勢。本文就是采用分子動力學(xué)的仿真方法對石英玻璃的加工機理進行研究，輔以納米壓劃痕的實驗研究。
　　通過研究不同深徑比對石英玻璃加工的影響，首先建立石英玻璃模型，測試模型的正確性。采用劃痕仿真研究深徑比對石英玻璃加工中切屑、彈性回復(fù)、溫度和磨削力的影響。當?shù)毒甙霃揭欢〞r，隨著深徑比（h/r）的增大，切屑逐漸增大，系統(tǒng)溫度和磨

3、削力也增大。相同的磨削深度條件下，h/r越小，刀具半徑越大，越不容易產(chǎn)生切屑；在同樣的h/r條件下，刀具半徑越大，磨削深度越大，越容易產(chǎn)生切屑。
　　對石英玻璃進行多次磨削加工，分別進行無進給磨削以及有進給磨削。主要對石英玻璃加工表面的表面形貌、損傷層厚度、表層密度以及硬度進行研究。多次的無進給磨削顯示，表面損傷層厚度先減小后增大，最終趨向于穩(wěn)定。經(jīng)過多次加工后，石英玻璃表面密度增大了10.7%到22.7%。一次無進給磨削和二次進

4、給磨削的平均密度較低，且二次磨削加工后的表面損傷層較為均勻。此外，硬度的變化趨勢與損傷層密度的變化規(guī)律相一致。
　　最后，采用壓痕儀對石英玻璃進行納米壓劃痕試驗，對劃痕后的表面形貌、作用力以及摩擦系數(shù)等進行分析。劃痕結(jié)果顯示，在不同深度的劃痕過程中并沒有出現(xiàn)材料堆積現(xiàn)象。隨著劃痕深度的不斷增加，劃痕過程中正向力也是不斷增加的。石英玻璃的劃痕過程主要是塑性變形，正向力和切向力較為穩(wěn)定，摩擦系數(shù)平穩(wěn)，劃痕過程波動較小。同一位置多次劃痕