水分子对磷酸盐激光玻璃纳米磨损性能影响的研究

摘要

磷酸盐激光玻璃由于其优异的光学特性，已作为能量增益介质被广泛地使用在国内外高功率激光系统中。在高功率激光系统中，磷酸盐玻璃的表面加工质量是影响激光能量输出的关键因素。此外，玻璃表面的加工通常在潮湿大气的工作环境中进行，大气中的水分子不可避免地作用并影响玻璃表面的材料去除，因此，有必要对空气中的水分子对磷酸盐玻璃的材料去除规律及影响机理进行研究。 本文基于磷酸盐激光玻璃和二氧化硅摩擦副，对空气中的水分子对该玻璃的磨损规律及其作用机理进行了系统的研究。首先，通过配有环境可控腔的原子力显微镜，完成了磷酸盐玻璃在真空、干燥空气及潮湿大气中的纳米磨损实验，研究揭示了吸附水在不同环境氛围下对磷酸盐玻璃的纳米材料去除及摩擦磨损演变规律；其次，借助直线往复摩擦磨损试验机，完成了玻璃的宏观摩擦磨损实验；在此基础上，通过对微观和宏观尺度下干燥空气和大气环境中磷酸盐玻璃的摩擦系数、磨损深度、表面损伤形式的分析对比，进一步分析水分子诱导下玻璃表面材料去除中的摩擦化学磨损机理。基于以上研究，本文主要结论如下： （1）纳米磨损实验中相同载荷的实验条件下，磷酸盐激光玻璃在潮湿大气中比真空和干燥空气环境中表现出更高的粘着力及摩擦力。环境中的水分子在玻璃基底与二氧化硅对摩副之间形成毛细液桥对大气环境中的高粘着与高摩擦起到了主要贡献。除毛细液桥作用外，接触界面间的化学键力也是大气环境下高摩擦力的原因之一。 （2）潮湿大气中水分子提供的静态接触腐蚀和应力腐蚀促进了磷酸盐玻璃表面的纳米磨损，该玻璃在真空、干燥环境下的磨损以机械磨损为主，在大气下以摩擦化学磨损为主；此外,对摩副材料的化学性质对大气环境下玻璃表面的材料去除也有重要的影响作用。 （3）微观及宏观磨损实验中，大气环境中磷酸盐激光玻璃的表面磨损均比干燥空气中的严重，但是两种尺度下玻璃表面的材料去除及损伤程度不同，这可能是由于微观与宏观尺度下玻璃与对摩副间的接触模式及应力腐蚀速率不同造成的。

目录

第一个书签之前