本書針對我國核能源和國防領(lǐng)域?qū)α姿岫䴕溻洠╬otassium dihydrogen phosphate，KDP）軟脆功能晶體近無損傷超精密加工技術(shù)的迫切需求，以及KDP晶體易潮解、脆性大、各向異性強(qiáng)等難加工特性給其超精密加工帶來的極大挑戰(zhàn)，創(chuàng)新提出了水溶解超精密拋光加工原理。本書系統(tǒng)地介紹了KDP晶體的結(jié)構(gòu)特性、彈塑性力學(xué)性能與損傷規(guī)律，闡明了KDP晶體微納潮解材料去除機(jī)理和可控水溶解超精密加工原理、工藝方法，并給出了加工案例。本書不僅向讀者介紹了一種先進(jìn)的KDP晶體超精密拋光加工新技術(shù)，還向讀者提供了一個將“潮解”這一有害的自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為有用的超精密加工技術(shù)手段的成功案例。
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近十年來，通過承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家973計劃項(xiàng)目、國家863計劃重點(diǎn)課題、國家GF和ZZ等各類縱橫向科研項(xiàng)目40多項(xiàng)。獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、大連市政府發(fā)明專利獎一等獎、中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎、遼寧省科學(xué)技術(shù)一等獎、國防科技進(jìn)步三的三等獎等。研究成果取得多項(xiàng)發(fā)明專利.
目錄
序
前言
1易潮解軟脆功能晶體材料及其應(yīng)用1
1.1易潮解軟脆功能晶體的定義和分類1
1.2易潮解軟脆功能晶體材料的應(yīng)用1
1.2.1幾種常見的易潮解軟脆功能晶體材料1
1.2.2KDP晶體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)3
1.2.3KDP晶體的主要應(yīng)用4
1.2.4ICF系統(tǒng)對光學(xué)元件加工的要求6
1.3幾種常見的易潮解軟脆功能晶體加工方法概述7
1.3.1KDP晶體加工工藝流程概述8
1.3.2單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)9
1.3.3超精密磨削技術(shù)10
1.3.4磁流變修形技術(shù)11
1.3.5離子束修形技術(shù)12
1.4易潮解軟脆功能晶體超精密加工面臨的挑戰(zhàn)13
參考文獻(xiàn)14
2KDP晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和潮解規(guī)律19
2.1KDP晶體的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)19
2.1.1KDP晶體的結(jié)構(gòu)19
2.1.2KDP晶體的物理性質(zhì)22
2.1.3KDP晶體的化學(xué)性質(zhì)23
2.2KDP晶體的潮解現(xiàn)象與潮解表征25
2.2.1KDP晶體的潮解現(xiàn)象25
2.2.2潮解產(chǎn)物成分的預(yù)測與分析26
2.2.3潮解產(chǎn)物晶體類型分析28
2.2.4KDP晶體的潮解表征29
2.2.5潮解程度的評價方法與評價指標(biāo)31
2.3環(huán)境條件對KDP晶體潮解速度的影響33
2.3.1溫度對KDP晶體潮解速度的影響34
2.3.2相對濕度對KDP晶體潮解速度的影響35
2.3.3表面質(zhì)量對KDP晶體潮解速度的影響36
參考文獻(xiàn)37
3KDP晶體彈塑性力學(xué)性能與損傷規(guī)律38
3.1KDP晶體彈性力學(xué)性能的理論分析38
3.1.1KDP晶體彈性模量理論分析38
3.1.2KDP晶體剪切模量理論分析40
3.2KDP晶體塑性力學(xué)性能的壓痕試驗(yàn)與分析42
3.2.1納米壓痕試驗(yàn)42
3.2.2壓痕尺寸效應(yīng)分析44
3.2.3不同壓頭形狀對納米硬度的影響50
3.2.4壓痕加載位移曲線分析51
3.2.5壓痕表面形貌分析54
3.2.6各向異性對納米硬度和彈性模量的影響55
3.3材料的各向異性對微納劃痕結(jié)果的影響58
3.3.1KDP晶體在納米尺度下的變形和摩擦學(xué)特性試驗(yàn)分析58
3.3.2KDP晶體在微米尺度下的變形和摩擦學(xué)特性試驗(yàn)分析66
3.4KDP晶體壓痕斷裂試驗(yàn)與結(jié)果分析71
3.4.1KDP晶體壓痕斷裂試驗(yàn)方法72
3.4.2維氏硬度壓痕尺寸效應(yīng)和各向異性試驗(yàn)研究72
3.4.3斷裂韌性試驗(yàn)分析75
參考文獻(xiàn)82
4基于微乳液的KDP晶體水溶解材料去除原理與平坦化機(jī)制85
4.1KDP晶體水溶解拋光原理85
4.2微乳液及其性能表征87
4.2.1微乳液的結(jié)構(gòu)87
4.2.2微乳液基載液的優(yōu)選89
4.2.3表面活性劑的優(yōu)選90
4.2.4微乳液的配制91
4.2.5電導(dǎo)率表征95
4.2.6黏度表征98
4.2.7自擴(kuò)散特性表征99
4.2.8水分子微囊尺寸表征103
4.3基于微乳液的KDP晶體水溶解拋光機(jī)理分析105
4.3.1材料去除模型的建立105
4.3.2材料去除機(jī)理試驗(yàn)驗(yàn)證107
4.3.3材料去除機(jī)理試驗(yàn)結(jié)果與分析109
4.3.4拋光前后晶體表面化學(xué)成分分析115
4.4工藝條件和參數(shù)對KDP晶體拋光效果影響的試驗(yàn)與分析117
4.4.1工藝條件對KDP晶體水溶解拋光效果的影響117
4.4.2拋光墊對加工過程的影響118
4.4.3不同晶面的KDP晶體材料去除率和表面形貌對比119
4.4.4拋光液對KDP晶體材料去除率和表面形貌的影響121
4.4.5拋光加工參數(shù)對KDP晶體材料去除率和表面形貌的影響124
4.4.6KDP晶體水溶解拋光后面形精度131
參考文獻(xiàn)132
5KDP晶體可控溶解原理及材料去除與平坦化機(jī)制134
5.1KDP晶體可控溶解的概念134
5.1.1晶體的結(jié)晶與溶解134
5.1.2晶體的生長與逆生長137
5.1.3KDP晶體可控溶解加工方法的提出139
5.2KDP晶體可控溶解拋光機(jī)理140
5.2.1KDP晶體材料可控去除機(jī)理140
5.2.2實(shí)現(xiàn)材料可控去除加工的裝置140
5.3可控溶解環(huán)境對材料去除率的影響141
5.3.1試驗(yàn)條件及參數(shù)設(shè)定141
5.3.2KDP溶液濃度對可控溶解材料去除率的影響142
5.3.3KDP溶液溫度對可控溶解材料去除率的影響143
5.3.4環(huán)境相對濕度對可控溶解材料去除率的影響144
5.3.5KDP溶液流動性對可控溶解材料去除率的影響144
5.4可控溶解表面平坦化機(jī)制147
5.4.1KDP晶體表面微觀形貌的平坦化模型147
5.4.2可控溶解中拋光墊對表面平坦化過程的協(xié)同作用150
5.5工藝參數(shù)對KDP晶體可控溶解拋光效果的影響151
5.5.1拋光墊對KDP晶體可控溶解拋光效果的影響152
5.5.2不同晶面的逆生長拋光效果154
5.5.3可控溶解拋光液對晶體拋光效果的影響157
5.5.4拋光加工參數(shù)對表面形貌及材料去除率的影響161
5.5.5KDP晶體可控溶解拋光后的面形誤差169
5.5.6基于濃度調(diào)控策略的可控溶解拋光工藝初探169
參考文獻(xiàn)171
6KDP晶體小磨頭超精密數(shù)控拋光軌跡規(guī)劃與工藝173
6.1KDP晶體水溶解超精密數(shù)控拋光試驗(yàn)系統(tǒng)與設(shè)備173
6.2水溶解拋光材料去除函數(shù)的建立174
6.3材料去除函數(shù)若干系數(shù)的試驗(yàn)修正178
6.3.1試驗(yàn)條件及去除函數(shù)檢測方法178
6.3.2拋光液含水量對去除函數(shù)系數(shù)的影響178
6.3.3行星運(yùn)動公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)方向?qū)θコ瘮?shù)系數(shù)的影響180
6.3.4拋光過程中溫度變化對去除函數(shù)系數(shù)的影響184
6.3.5拋光轉(zhuǎn)速對去除函數(shù)系數(shù)的影響187
6.3.6拋光壓強(qiáng)對去除函數(shù)系數(shù)的影響188
6.3.7常系數(shù)K的試驗(yàn)測定190
6.3.8基于水溶解原理的KDP晶體超精密數(shù)控拋光去除穩(wěn)定性分析192
6.4小磨頭數(shù)控超精密拋光駐留時間函數(shù)的確定197
6.4.1駐留時間求解197
6.4.2三種常用拋光軌跡分析200
6.4.3三種常用拋光軌跡加工效果對比202
6.5工藝條件和參數(shù)對拋光結(jié)果的影響規(guī)律204
6.5.1試驗(yàn)方法及條件204
6.5.2不同拋光墊加工效果分析及優(yōu)選207
6.5.3拋光設(shè)備運(yùn)動參數(shù)對表面粗糙度RMS的影響208
6.6KDP晶體單點(diǎn)金剛石車削表面紋理消減試驗(yàn)與技術(shù)驗(yàn)證213
6.6.1車削樣件分析213
6.6.2去除函數(shù)及拋光軌跡215
6.6.3去除效果分析217
6.6.4拋光后晶體表面功率譜密度分析220
參考文獻(xiàn)223
7大尺寸KDP晶體超精密水溶解環(huán)形拋光工藝225
7.1超精密水溶解環(huán)形拋光方法概述225
7.2超精密水溶解環(huán)形拋光水核運(yùn)動模型226
7.3機(jī)床運(yùn)動形式對拋光軌跡均勻性影響的仿真分析228
7.4拋光墊表面溝槽結(jié)構(gòu)對軌跡均勻性影響的仿真分析232
7.5超精密水溶解環(huán)形拋光原理樣機(jī)及拋光試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建236
7.5.1超精密水溶解環(huán)形拋光原理樣機(jī)236
7.5.2拋光液多點(diǎn)可變位滴定裝置238
7.5.3風(fēng)淋裝置240
7.5.4晶體夾持裝置241
7.6工藝參數(shù)對KDP晶體環(huán)形拋光效果的影響242
7.6.1不同表面溝槽拋光墊試驗(yàn)242
7.6.2不同轉(zhuǎn)速比試驗(yàn)243
7.6.3不同運(yùn)動形式試驗(yàn)244
7.6.4最佳工藝參數(shù)下大尺寸KDP晶體雙面加工試驗(yàn)246
參考文獻(xiàn)248
8KDP晶體水溶解拋光表面殘留物分析及清洗方法250
8.1水溶解拋光表面殘留物對KDP晶體光學(xué)性能的影響250
8.1.1表面殘留物對拋光表面質(zhì)量的影響250
8.1.2表面殘留物對晶體光學(xué)透過率的影響253
8.1.3表面殘留物對激光損傷閾值的影響254
8.1.4表面殘留物對鍍膜膜層的影響257
8.2拋光后表面殘留物的性態(tài)及吸附機(jī)理分析259
8.2.1拋光后表面殘留物的性態(tài)分析259
8.2.2拋光后表面殘留物的吸附機(jī)理分析268
8.3KDP晶體的清洗機(jī)理及清洗液的性能與表征275
8.3.1表面殘留物的潤濕功計算275
8.3.2表面殘留物的清洗機(jī)理分析280
8.3.3清洗液的性能與表征283
8.3.4清洗液的清洗性能研究287
8.4拋光后表面清洗工藝的試驗(yàn)與效果分析290
8.4.1清洗工藝的提出291
8.4.2清洗工藝的清洗原理分析292
8.4.3清洗工藝的試驗(yàn)驗(yàn)證295
8.4.4KDP晶體最優(yōu)清洗工藝的清洗效果分析302
8.4.5新型全自動清洗裝置研制303
參考文獻(xiàn)305
索引307
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