K9光学玻璃化学机械磨削用磨具的研制及性能研究

摘要

K9光学玻璃是典型的光学材料，广泛应用于国防和民用领域，其加工精度直接关系到光学系统的性能。K9光学玻璃硬度高但是破坏韧性小，传统磨削方法极易产生表面和亚表面损伤，目前主要采用化学机械抛光(CMP)去除损伤层获得超光滑表面，但是化学机械抛光不能精确控制工件的形状精度。本文针对以上K9光学玻璃加工过程中存在的不足，提出采用化学机械磨削(Chemical Mechanical Grinding，CMG)方法加工K9光学玻璃，用磨削方式得到高质量的抛光表面。
　　本文根据K9光学玻璃的材料特性，制备了不同组分配比的CeO2型、MgO型和Fe2O3型CMG磨具。在研制的试验平台上，开展CMG磨具的干式化学机械磨削性能试验，使用三维表面轮廓仪获得K9光学玻璃的表面粗糙度，使用精密电子天平称量加工前后质量变化，再通过密度和时间等计算得到材料去除率。采用正交试验法，针对优选出的低磨粒率CeO2型CMG磨具，研究压力、工件转速、磨具转速等工艺参数，对表面粗糙度和材料去除率的影响规律，结果表明CMG磨具拥有稳定的磨削性能，使用优化的工艺参数获得的K9光学玻璃试件的表面粗糙度Ra达到0.461nm。通过金相显微镜观察化学机械磨削后的K9光学玻璃的表面质量，发现试件表面平整、光滑，没有划痕、麻坑等疵病。利用角度抛光法研究CMG磨具加工的K9光学玻璃试件的亚表面质量，没有发现亚表面裂纹。使用X射线衍射仪(XRD)检测CMG磨具的磨屑成分，发现有新的化合物出现，通过扫描电镜(SEM)获得磨屑颗粒微观形貌和尺寸，验证了化学和机械的耦合作用。研究了CMG磨具加工K9光学玻璃过程中化学机械耦合作用的材料去除机理。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 光学玻璃的加工工艺及发展趋势

1．2．1 传统光学玻璃加工工艺

1．2．2 光学玻璃加工工艺的发展方向

1．3 硬脆材料低损伤磨削技术研究现状

1．3．1 光学玻璃的在线电解修锐磨削技术

1．3．2 光学玻璃的延性域磨削技术

1．3．3 光学玻璃的化学机械磨削

1．3．4 砂轮配方的研究

1．4 课题研究的意义

1．5 课题来源及本文的主要研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题主要研究内容

2 CMG磨具的组织设计与制造工艺

2．1 化学机械磨削加工原理

2．2 CMG磨具的组织设计

2．2．1 磨料的选用

2．2．2 结合剂的选用

2．2．3 添加剂的选用

2．2．4 CMG磨具配方

2．3 CMG磨具的制作工艺

2．3．1 成型模具设计

2．3．2 CMG磨具制作流程

2．4 CMG磨具的修整

2．5 本章小结

3 CMG磨具磨削K9光学玻璃试验

3．1 试验平台的搭建

3．1．1 试验平台的机械结构及运动关系

3．1．2 控制系统及参数测量显示模块

3．2 检测方案及检测仪器

3．3 磨削性能试验

3．3．1 试件及CMG磨具夹持方式

3．3．2 磨削性能试验条件

3．3．3 试件的清洗流程

3．3．4 试验现象、结果及数据分析

3．4 加工工艺参数优化

3．5 CMG磨具磨削K9光学玻璃的损伤检测

3．5．1 表面损伤检测

3．5．2 亚表面损伤检测

3．6 本章小结

4 CMG磨具磨削K9光学玻璃材料去除机理

4．1 检测原理、仪器与结果

4．2 CMG磨具磨削K9光学玻璃材料去除模型

4．3 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