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1、机械制造及其自动化专业优秀论文机械制造及其自动化专业优秀论文 KDPKDP 晶体磨削加工表层损伤的晶体磨削加工表层损伤的检测与分析检测与分析关键词：关键词：KDPKDP 晶体晶体 精密磨削精密磨削 各向异性各向异性 损伤检测损伤检测摘要：KDP(磷酸二氢钾，KHlt;,2gt;POlt;,4gt;)晶体是 20 世纪 40 年代发展起来的一类优良的电光非线性光学晶体材料。因其具有较 大的电光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光 学均匀性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光变频、电光调制和光快 速开关以及惯性约束核聚变等高技术领域。然而，由于 KDP 晶体具有易潮解、
2、 硬度低以及各向异性等特性，使其成为极难加工的晶体材料之一。在目前的加 工条件下，各种加工方法都会对晶体产生一定的损伤。因此，通过对损伤产生 机理的研究以及损伤深度的检测分析，以求实现 KDP 晶体的低损伤、高效率、 超精密加工。 本文在分析研究硬脆材料损伤检测方法的基础上，通过大量的 试验以及对一些检测手段的优化及组合，最终找到了适合 KDP 这种软脆功能晶 体材料表面/亚表面损伤检测的具体方法。利用压痕实验研究了 KDP 晶体在物理 和机械方面的各向异性力学特性，主要研究了 KDP 晶体同一晶面不同晶向上的 硬度和断裂韧性的各向异性特性；借助 Olympus、SEM 等光学设备研究了 KD
3、P 晶 体磨削加工后表面损伤情况；利用择优蚀刻法研究了不同晶面位错的大小、密 度以及分布情况；利用截面显微法研究了磨削加工后亚表面损伤情况；最后研 究了磨削加工参数对 KDP 晶体亚表面损伤深度的影响规律。 实验结果表明： KDP 晶体在同一晶面不同晶向上存在明显的各向异性特性；磨削加工后的 KDP 晶体表面存在明显的划痕、破碎以及裂纹等缺陷，有更深层次的亚表面损伤； 在不同晶面上，由于剪切弹性模量以及加工条件的不同，位错密度、形状以及 大小存在明显的差异；除砂轮粒度的影响外，对亚表面损伤深度的影响程度依 次为砂轮进给速度、砂轮转速和工作台转速。 磨削加工时，采用粒度均匀性 高的砂轮，低的砂轮
4、进给速度、高的工作台转速及砂轮转速，且沿(001)晶面的 110晶向进行，能够加工出表面质量较好的晶体。正文内容正文内容KDP(磷酸二氢钾，KHlt;,2gt;POlt;,4gt;)晶体是 20 世纪 40 年代发展起来的一类优良的电光非线性光学晶体材料。因其具有较 大的电光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光 学均匀性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光变频、电光调制和光快 速开关以及惯性约束核聚变等高技术领域。然而，由于 KDP 晶体具有易潮解、 硬度低以及各向异性等特性，使其成为极难加工的晶体材料之一。在目前的加 工条件下，各种加工方法都会对晶体产生一定的损伤
5、。因此，通过对损伤产生 机理的研究以及损伤深度的检测分析，以求实现 KDP 晶体的低损伤、高效率、 超精密加工。 本文在分析研究硬脆材料损伤检测方法的基础上，通过大量的 试验以及对一些检测手段的优化及组合，最终找到了适合 KDP 这种软脆功能晶 体材料表面/亚表面损伤检测的具体方法。利用压痕实验研究了 KDP 晶体在物理 和机械方面的各向异性力学特性，主要研究了 KDP 晶体同一晶面不同晶向上的 硬度和断裂韧性的各向异性特性；借助 Olympus、SEM 等光学设备研究了 KDP 晶 体磨削加工后表面损伤情况；利用择优蚀刻法研究了不同晶面位错的大小、密 度以及分布情况；利用截面显微法研究了磨削
6、加工后亚表面损伤情况；最后研 究了磨削加工参数对 KDP 晶体亚表面损伤深度的影响规律。 实验结果表明： KDP 晶体在同一晶面不同晶向上存在明显的各向异性特性；磨削加工后的 KDP 晶体表面存在明显的划痕、破碎以及裂纹等缺陷，有更深层次的亚表面损伤； 在不同晶面上，由于剪切弹性模量以及加工条件的不同，位错密度、形状以及 大小存在明显的差异；除砂轮粒度的影响外，对亚表面损伤深度的影响程度依 次为砂轮进给速度、砂轮转速和工作台转速。 磨削加工时，采用粒度均匀性 高的砂轮，低的砂轮进给速度、高的工作台转速及砂轮转速，且沿(001)晶面的 110晶向进行，能够加工出表面质量较好的晶体。 KDP(磷酸
7、二氢钾，KHlt;,2gt;POlt;,4gt;)晶体是 20 世 纪 40 年代发展起来的一类优良的电光非线性光学晶体材料。因其具有较大的电 光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光学均匀 性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光变频、电光调制和光快速开关 以及惯性约束核聚变等高技术领域。然而，由于 KDP 晶体具有易潮解、硬度低 以及各向异性等特性，使其成为极难加工的晶体材料之一。在目前的加工条件 下，各种加工方法都会对晶体产生一定的损伤。因此，通过对损伤产生机理的 研究以及损伤深度的检测分析，以求实现 KDP 晶体的低损伤、高效率、超精密 加工。 本文在分析研究硬
8、脆材料损伤检测方法的基础上，通过大量的试验以 及对一些检测手段的优化及组合，最终找到了适合 KDP 这种软脆功能晶体材料 表面/亚表面损伤检测的具体方法。利用压痕实验研究了 KDP 晶体在物理和机械 方面的各向异性力学特性，主要研究了 KDP 晶体同一晶面不同晶向上的硬度和 断裂韧性的各向异性特性；借助 Olympus、SEM 等光学设备研究了 KDP 晶体磨削 加工后表面损伤情况；利用择优蚀刻法研究了不同晶面位错的大小、密度以及 分布情况；利用截面显微法研究了磨削加工后亚表面损伤情况；最后研究了磨 削加工参数对 KDP 晶体亚表面损伤深度的影响规律。 实验结果表明：KDP 晶 体在同一晶面不
9、同晶向上存在明显的各向异性特性；磨削加工后的 KDP 晶体表 面存在明显的划痕、破碎以及裂纹等缺陷，有更深层次的亚表面损伤；在不同 晶面上，由于剪切弹性模量以及加工条件的不同，位错密度、形状以及大小存在明显的差异；除砂轮粒度的影响外，对亚表面损伤深度的影响程度依次为砂 轮进给速度、砂轮转速和工作台转速。 磨削加工时，采用粒度均匀性高的砂 轮，低的砂轮进给速度、高的工作台转速及砂轮转速，且沿(001)晶面的110 晶向进行，能够加工出表面质量较好的晶体。 KDP(磷酸二氢钾，KHlt;,2gt;POlt;,4gt;)晶体是 20 世 纪 40 年代发展起来的一类优良的电光非线性光学晶体材料。因其
10、具有较大的电 光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光学均匀 性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光变频、电光调制和光快速开关 以及惯性约束核聚变等高技术领域。然而，由于 KDP 晶体具有易潮解、硬度低 以及各向异性等特性，使其成为极难加工的晶体材料之一。在目前的加工条件 下，各种加工方法都会对晶体产生一定的损伤。因此，通过对损伤产生机理的 研究以及损伤深度的检测分析，以求实现 KDP 晶体的低损伤、高效率、超精密 加工。 本文在分析研究硬脆材料损伤检测方法的基础上，通过大量的试验以 及对一些检测手段的优化及组合，最终找到了适合 KDP 这种软脆功能晶体材料 表面/亚
11、表面损伤检测的具体方法。利用压痕实验研究了 KDP 晶体在物理和机械 方面的各向异性力学特性，主要研究了 KDP 晶体同一晶面不同晶向上的硬度和 断裂韧性的各向异性特性；借助 Olympus、SEM 等光学设备研究了 KDP 晶体磨削 加工后表面损伤情况；利用择优蚀刻法研究了不同晶面位错的大小、密度以及 分布情况；利用截面显微法研究了磨削加工后亚表面损伤情况；最后研究了磨 削加工参数对 KDP 晶体亚表面损伤深度的影响规律。 实验结果表明：KDP 晶 体在同一晶面不同晶向上存在明显的各向异性特性；磨削加工后的 KDP 晶体表 面存在明显的划痕、破碎以及裂纹等缺陷，有更深层次的亚表面损伤；在不同
12、 晶面上，由于剪切弹性模量以及加工条件的不同，位错密度、形状以及大小存 在明显的差异；除砂轮粒度的影响外，对亚表面损伤深度的影响程度依次为砂 轮进给速度、砂轮转速和工作台转速。 磨削加工时，采用粒度均匀性高的砂 轮，低的砂轮进给速度、高的工作台转速及砂轮转速，且沿(001)晶面的110 晶向进行，能够加工出表面质量较好的晶体。 KDP(磷酸二氢钾，KHlt;,2gt;POlt;,4gt;)晶体是 20 世 纪 40 年代发展起来的一类优良的电光非线性光学晶体材料。因其具有较大的电 光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光学均匀 性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光变
13、频、电光调制和光快速开关 以及惯性约束核聚变等高技术领域。然而，由于 KDP 晶体具有易潮解、硬度低 以及各向异性等特性，使其成为极难加工的晶体材料之一。在目前的加工条件 下，各种加工方法都会对晶体产生一定的损伤。因此，通过对损伤产生机理的 研究以及损伤深度的检测分析，以求实现 KDP 晶体的低损伤、高效率、超精密 加工。 本文在分析研究硬脆材料损伤检测方法的基础上，通过大量的试验以 及对一些检测手段的优化及组合，最终找到了适合 KDP 这种软脆功能晶体材料 表面/亚表面损伤检测的具体方法。利用压痕实验研究了 KDP 晶体在物理和机械 方面的各向异性力学特性，主要研究了 KDP 晶体同一晶面不
14、同晶向上的硬度和 断裂韧性的各向异性特性；借助 Olympus、SEM 等光学设备研究了 KDP 晶体磨削 加工后表面损伤情况；利用择优蚀刻法研究了不同晶面位错的大小、密度以及 分布情况；利用截面显微法研究了磨削加工后亚表面损伤情况；最后研究了磨 削加工参数对 KDP 晶体亚表面损伤深度的影响规律。 实验结果表明：KDP 晶 体在同一晶面不同晶向上存在明显的各向异性特性；磨削加工后的 KDP 晶体表面存在明显的划痕、破碎以及裂纹等缺陷，有更深层次的亚表面损伤；在不同 晶面上，由于剪切弹性模量以及加工条件的不同，位错密度、形状以及大小存 在明显的差异；除砂轮粒度的影响外，对亚表面损伤深度的影响程
15、度依次为砂 轮进给速度、砂轮转速和工作台转速。 磨削加工时，采用粒度均匀性高的砂 轮，低的砂轮进给速度、高的工作台转速及砂轮转速，且沿(001)晶面的110 晶向进行，能够加工出表面质量较好的晶体。 KDP(磷酸二氢钾，KHlt;,2gt;POlt;,4gt;)晶体是 20 世 纪 40 年代发展起来的一类优良的电光非线性光学晶体材料。因其具有较大的电 光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低的光学吸收系数、高的光学均匀 性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光变频、电光调制和光快速开关 以及惯性约束核聚变等高技术领域。然而，由于 KDP 晶体具有易潮解、硬度低 以及各向异性等特性，使其成为
16、极难加工的晶体材料之一。在目前的加工条件 下，各种加工方法都会对晶体产生一定的损伤。因此，通过对损伤产生机理的 研究以及损伤深度的检测分析，以求实现 KDP 晶体的低损伤、高效率、超精密 加工。 本文在分析研究硬脆材料损伤检测方法的基础上，通过大量的试验以 及对一些检测手段的优化及组合，最终找到了适合 KDP 这种软脆功能晶体材料 表面/亚表面损伤检测的具体方法。利用压痕实验研究了 KDP 晶体在物理和机械 方面的各向异性力学特性，主要研究了 KDP 晶体同一晶面不同晶向上的硬度和 断裂韧性的各向异性特性；借助 Olympus、SEM 等光学设备研究了 KDP 晶体磨削 加工后表面损伤情况；利用择优蚀刻法研究了不同晶面位错的大小、密度以及 分布情况；利用截面显微法研究了磨削加工后亚表面损伤情况；最后研究了磨 削加工参数对 KDP 晶体亚表面损伤深度的影响规律。 实验结果表明：KDP 晶 体在同一晶面不同晶向上存在明显的各向异性特性；磨削加工后的 KDP 晶体表 面存在明显的划痕、破碎以及
