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基于潮解作用的KDP晶体抛光技术的研究

作　者: 郭少龙
导　师: 张飞虎
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: KDP晶体超精密加工抛光潮解作用材料去除机制抛光液
分类号: TG580.692
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate,磷酸二氢钾)晶体是20世纪40年代发展起来的一种非常优良的电光非线性光学晶体材料。这种材料是“惯性约束核聚变”(ICF)固体激光驱动器、强激光武器中不可替代的光学倍频转换器和电光开关器件用材料。但是,KDP晶体具有质软、脆性高、易潮解、对温度变化敏感的特点,这些特点对其加工十分不利,同时,激光惯性约束核聚变对KDP晶体光学元件的要求很高,所有这些使得KDP晶体零件的制造非常困难,大尺寸高精度光学KDP晶体零件是目前公认的最难加工的光学零件之一。目前应用于KDP晶体超精密加工的方法都不同程度地存在着一定的问题,还有待于进一步完善。在努力完善原有KDP晶体超精密加工方法的同时,也应该积极探索新的KDP晶体超精密加工方法,以满足实际应用的需要。为了适应KDP晶体超精密加工技术的发展需要,本文提出一种利用潮解作用对KDP晶体进行超精密加工的新技术,即基于潮解作用的KDP晶体抛光技术。本文对该方法的关键技术进行了研究,具体的研究内容包括:本文首先综述了KDP晶体超精密加工技术的国内外发展现状,简要介绍了一些新型抛光技术,在此基础之上,根据KDP晶体的易潮解性质,提出了基于潮解作用的KDP晶体抛光技术。在对KDP晶体材料进行介绍和对潮解本质进行研究的基础上,进行了KDP晶体表面溶解实验,并借鉴晶片化学机械抛光(CMP)中材料的去除机制,提出了基于潮解作用的KDP晶体抛光的材料去除机制。对基于潮解作用的KDP晶体抛光工艺进行了规划,进行了基于潮解作用的KDP晶体抛光实验,验证了所提出材料去除机制的正确性、可行性与有效性。在对基于潮解作用的KDP晶体抛光过程进行简单分析的基础上,探讨了对基于潮解作用的KDP晶体抛光中溶解作用进行控制的意义,提出了通过含水的抛光液对水的溶解作用进行控制的思想,重点对抛光液进行了研究,研制出了抛光液。通过基于潮解作用的KDP晶体抛光实验,对所提出溶解作用控制方法进行了验证,并检验了所研制抛光液的性能。通过基于潮解作用的KDP晶体抛光工艺实验,研究了KDP晶体表面初始状况、抛光时间、抛光盘转数等输入变量对基于潮解作用的KDP晶体抛光材料去除和表面粗糙度的影响,获得了较优的工艺参数组合范围,为基于潮解作用的KDP晶体抛光技术的进一步研究与应用奠定了基础。对基于潮解作用的KDP晶体抛光过程进行了运动学分析,并在此基础上对基于潮解作用的KDP晶体抛光相对运动轨迹进行了研究,进行了相对速度分析和抛光行程分析。从理论上对基于潮解作用的KDP晶体抛光过程进行了分析,研究了基于潮解作用的KDP晶体抛光中主要因素对抛光过程的影响。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-29
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  14-15
  1.2 KDP 晶体超精密加工技术的研究现状  15-24
    1.2.1 KDP 晶体单点金刚石切削加工技术  15-22
    1.2.2 KDP 晶体超精密磨削技术  22
    1.2.3 KDP 晶体抛光技术  22-24
  1.3 新型抛光技术简介  24-27
    1.3.1 弹性发射加工  25
    1.3.2 化学机械抛光  25
    1.3.3 气囊抛光  25
    1.3.4 等离子体辅助抛光  25-26
    1.3.5 无磨料低温抛光  26
    1.3.6 离子束抛光  26
    1.3.7 电流变抛光  26
    1.3.8 超声波磁流变复合抛光  26-27
    1.3.9 磁射流抛光  27
  1.4 基于潮解作用的KDP 晶体抛光技术的提出  27
  1.5 论文的主要研究内容  27-29
第2章基于潮解作用的KDP晶体抛光材料去除机制的研究  29-44
  2.1 引言  29
  2.2 KDP 晶体概述  29-32
    2.2.1 KDP 晶体的结构  29-31
    2.2.2 KDP 晶体的性质  31-32
    2.2.3 KDP 晶体的发展历程  32
  2.3 潮解与溶解现象简介  32-35
    2.3.1 潮解现象简介  32-33
    2.3.2 溶解现象简介  33-35
  2.4 KDP 晶体表面溶解实验  35-36
  2.5 基于潮解作用的KDP晶体抛光材料去除机制  36-37
  2.6 基于潮解作用的KDP 晶体抛光实验  37-43
    2.6.1 抛光原理  37-38
    2.6.2 抛光过程  38-41
    2.6.3 抛光实验  41-43
  2.7 本章小结  43-44
第3章基于潮解作用的KDP 晶体抛光中溶解作用控制技术的研究  44-60
  3.1 引言  44
  3.2 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中溶解作用的控制技术  44
  3.3 抛光液的研究  44-53
    3.3.1 对抛光液性能的要求  45-46
    3.3.2 抛光液组分的选取  46-47
    3.3.3 表面活性剂的选取  47-53
  3.4 基于潮解作用的KDP 晶体抛光实验  53-59
  3.5 本章小结  59-60
第4章基于潮解作用的KDP晶体抛光的工艺实验研究  60-71
  4.1 引言  60
  4.2 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中的变量  60
  4.3 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中输入变量对材料去除的影响  60-65
    4.3.1 KDP 晶体表面初始状况对材料去除率的影响  60-62
    4.3.2 抛光时间对材料去除的影响  62-64
    4.3.3 抛光盘转数对材料去除率的影响  64-65
  4.4 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中输入变量对表面粗糙度的影响  65-69
    4.4.1 KDP 晶体表面初始状况对表面粗糙度的影响  65-66
    4.4.2 抛光时间对表面粗糙度的影响  66-67
    4.4.3 抛光盘转数对表面粗糙度的影响  67-68
    4.4.4 抛光压力对表面粗糙度的影响  68-69
  4.5 本章小结  69-71
第5章基于潮解作用的KDP晶体抛光过程的理论研究  71-99
  5.1 引言  71
  5.2 基于潮解作用的KDP 晶体抛光过程的运动学分析  71-73
  5.3 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中相对运动轨迹的研究  73-87
    5.3.1 r 对运动轨迹的影响  74-78
    5.3.2 l 对运动轨迹的影响  78-82
    5.3.3 n_p 对运动轨迹的影响  82-85
    5.3.4 n_w 对运动轨迹的影响  85-87
  5.4 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中的相对速度分析  87-93
    5.4.1 r 对相对速度的影响  88-89
    5.4.2 l 对相对速度的影响  89-90
    5.4.3 n_p 对相对速度的影响  90-92
    5.4.4 n_w 对相对速度的影响  92-93
  5.5 基于潮解作用的KDP 晶体抛光中抛光行程的研究  93-97
    5.5.1 r 对抛光行程的影响  93-94
    5.5.2 l 对抛光行程的影响  94-95
    5.5.3 n_p 对抛光行程的影响  95-96
    5.5.4 n_w 对抛光行程的影响  96-97
  5.6 本章小结  97-99
结论  99-101
参考文献  101-109
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  109-111
致谢  111-112
个人简历  112

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