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激光陀螺反射镜基片微晶玻璃的表面完整性研究

作　者: 王勋
导　师: 王景贺
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 微晶玻璃 超光滑表面 加工变质层 残余应力 亚表层损伤
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 61次
引　用: 2次
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内容摘要


具有超低热膨胀系数的微晶玻璃是一种优良的结构材料,它具有良好的机械特性和高温下的化学稳定性,在航空航天、空间天体探测和其它尖端技术领域中的各种关键设备中具有广泛应用。但微晶玻璃超精密加工后存在的表面加工变质层、亚表层损伤、表面残余应力直接降低了其强度、长期稳定性、成像质量、镀膜质量和抗激光损伤阈值等重要性能指标。因此,对其表面完整性进行准确检测和全面表征对提高光学加工质量和加工效率具有重要的意义。本文针对具有超光滑表面的激光陀螺反射镜基片微晶玻璃的表面完整性进行研究。首先运用纳米原位测量系统对抛光后的微晶玻璃进行压痕实验,基于接触力学理论,分析其加工表面变质层对接触刚度、应变硬化指数、压痕变形分布的影响规律,为加工变质层的深度测量提供可行的表征参数。其次采用纳米压痕技术对表层残余应力进行研究,根据残余应力对施压过程中在压痕周围的材料堆积量敏感的特性,通过测定压痕的面积变化并结合弹塑性接触理论,得到残余应力的计算公式,并利用球形压针能够产生连续应变的特点,通过球形压痕实验对微晶玻璃的屈服应力,应力-应变曲线进行研究,最终确定超光滑表面微晶玻璃的表层残余应力距表面深度的变化规律。最后在压痕断裂力学的基础上阐述微晶玻璃亚表层损伤的产生机理,建立抛光后的亚表层损伤模型,采用HF化学蚀刻法对微晶玻璃抛光及研磨加工产生的亚表层损伤进行有效测量,通过对径向裂纹深度模型和亚表层深度与表面粗糙度模型(SSDSR4/3模型)的研究,实现对光学材料亚表层损伤的准确预测,并通过仿真分析研究亚表层损伤与加工参数之间的关系,从而从加工参数和表面粗糙度两个方面对加工亚表层损伤深度进行预测预报,建立一种快速、非破坏性的亚表层损伤预测模型。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题来源及课题的背景意义  8-10
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 课题的背景及研究意义  8-9
    1.1.3 微晶玻璃的应用  9-10
  1.2 超光滑表面加工技术  10-11
    1.2.1 超光滑表面概述  10
    1.2.2 超光滑表面加工技术研究现状  10-11
  1.3 表面完整性的研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  12
    1.3.2 国内研究现状  12-13
  1.4 本文的主要研究内容  13-15
第2章 微晶玻璃基片加工变质层深度的研究  15-25
  2.1 纳米压痕技术  15-19
    2.1.1 纳米压痕过程的描述  15-17
    2.1.2 接触面积A 的确定  17-18
    2.1.3 纳米压痕实验设备  18-19
  2.2 接触刚度分析  19-20
  2.3 应变硬化指数  20-21
  2.4 压痕的变形行为  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 微晶玻璃基片的表层残余应力的测定  25-34
  3.1 残余应力计算公式的推导  25-27
  3.2 微晶玻璃应力应变关系的确定  27-32
    3.2.1 球形压痕实验理论基础  27-30
    3.2.2 应力应变实验研究  30-32
  3.3 残余应力计算结果  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 亚表层损伤深度的测量及其预测  34-49
  4.1 亚表层损伤的模型及其产生的机理  34-37
    4.1.1 亚表层损伤的模型  34-35
    4.1.2 水解层产生机理  35-36
    4.1.3 缺陷层产生机理  36-37
  4.2 亚表层损伤深度的检测  37-42
    4.2.1 抛光加工试件亚表层损伤深度的检测  37-40
    4.2.2 研磨加工试件亚表层损伤深度的检测  40-42
  4.3 亚表层损伤深度的预测预报  42-47
    4.3.1 加工参数对亚表层损伤层深度的预测预报  43-45
    4.3.2 SSD~SR~(4/3) 模型对亚表层损伤层深度的预测预报  45-46
    4.3.3 SSD~SR~(4/3) 模型实验验证  46-47
  4.4 本章小结  47-49
结论  49-50
参考文献  50-54
攻读硕士学位期间发表的学术论文  54-56
致谢  56

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 航空仪表、航空设备 > 陀螺仪表
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