微晶玻璃超精密磨削表面/亚表面损伤研究

摘要

微晶玻璃是一种同时具有玻璃相和晶相的多晶脆性材料，具有膨胀系低、硬度大，耐磨性好，机械强度高，热稳定性优良等特点，在航空、航天和国防科工等领域的光学元器件制造中的得到广泛应用。微晶玻璃作为一种典型的脆性材料，超精密磨削加工是实现其高效低成本加工重要的方法，但是在磨削过程中不可避免的会在工件的表面和亚表面产生加工损伤，加工损伤会降低元器件的强度、成像质量和稳定性等使用性能，进而降低元器件的使用寿命。因此，研究微晶玻璃超精密磨削的表面和亚表面损伤特征，对于实现微晶玻璃的高效低损伤磨削加工具有重要指导意义。
　　本文通过微晶玻璃磨削试验分别对#500、#1500、#2000和#5000金刚石砂轮磨削后微晶玻璃的表面形貌、表面粗糙度以及表面和亚表面损伤特征进行了系统的研究，分析了不同磨粒粒度金刚石砂轮磨削微晶玻璃的材料去除机理，并进一步研究了磨削微晶玻璃材料发生脆性去除时，亚表面损伤深度(SSD)与表面粗糙度PV值(SR)之间的关系。本文的主要研究内容如下:
　　(1)通过#500、#1500、#2000和#5000金刚石砂轮磨削微晶玻璃试验，研究了砂轮粒度对微晶玻璃表面形貌、表面粗糙度和表面损伤的影响。结果表明，随着砂轮磨粒粒度的减小，微晶玻璃表面越来越光滑，表面粗糙度值减小，表面损伤形式逐渐由脆性断裂造成的凹坑和微裂纹向塑性流动造成的微磨痕过渡。
　　(2)采用截面显微观测法、角度截面显微观测法和透射电子显微镜法分别对不同粒度金刚石砂轮磨削微晶玻璃的亚表面损伤进行检测，并分析其材料去除机理。结果表明，随着砂轮磨粒粒度的减小，磨削后工件的亚表面损伤深度逐渐减小，#500金刚石砂轮主要以脆性断裂方式实现去除材料;#1500和#2000金刚石砂轮同时以脆性断裂和塑性流动方式去除材料;#5000金刚石砂轮主要以塑性流动方式去除材料，亚表面损伤形式由亚表面微裂纹和崩碎逐渐过渡为靠近磨削区域材料的塑性流动。
　　(3)基于压痕断裂力学的相关理论，利用磨削过程中材料发生脆性断裂时，亚表面损伤深度与表面粗糙度PV值的关系模型，进一步建立了磨削微晶玻璃亚表面损伤深度与表面粗糙度的数值关系。使用#500金刚石砂轮在不同的进给速度下进行微晶玻璃的磨削试验，测量磨削后微晶玻璃的表面粗糙度PV值与亚表面损伤深度，验证了数值模型的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 微晶玻璃性能及应用

1．3 微晶玻璃加工方法研究现状

1．3．1 光学玻璃加工方法概述

1．3．2 微晶玻璃加工方法研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 主要研究内容

2 微晶玻璃超精密磨削表面损伤

2．1 表面损伤检测试验方案

2．1．1 光学显微镜检测

2．1．2 三维表面形貌轮廓仪检测

2．1．3 扫描电子显微镜检测

2．2 磨削试验条件

2．2．1 试验材料

2．2．2 磨削机床与砂轮

2．2．3 磨削试验参数

2．3 砂轮磨粒粒度对表面损伤的影响

2．3．1 砂轮磨粒粒度对表面形貌和表面损伤的影响

2．3．2 砂轮磨粒粒度对表面粗糙的影响

2．4 本章小结

3 微晶玻璃磨削亚表面损伤

3．1 亚表面损伤检测试验方案

3．1．1 截面显微观测法

3．1．2 角度截面显微观测法

3．1．3 透射电子显微镜法

3．2 亚表面损伤检测试验条件和检测方法

3．3 亚表面损伤检测结果及分析

3．3．1 磨粒粒度对亚表面损伤深度的影响

3．3．2 亚表面损伤的形式

3．4 微晶玻璃磨削材料去除机理

3．5 本章小结

4 亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系

4．1 亚表面损伤机理及模型

4．2 磨削加工表面粗糙度与亚表面损伤深度的关系模型

4．2．1 亚表面微裂纹产生机理

4．2．2 微晶玻璃磨削加工亚表面损伤深度模型

4．3 试验条件与结果分析

4．3．1 试验条件

4．3．2 试验结果与分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢