硬脆材料微結(jié)構光學功能表面的超聲振動拋光技術研究.pdf

1、微結(jié)構表面光學玻璃元件因其集成性高、體積小、簡化光學系統(tǒng)等優(yōu)點而被廣泛應用于光電子系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及制導系統(tǒng)中。目前適用于微結(jié)構表面光學玻璃元件大批量生產(chǎn)的有效方式為模壓加工，其中模壓用硬脆模芯的超精密磨削加工是保證微結(jié)構表面面形精度及輪廓精度的關鍵技術，但是磨削后的微結(jié)構往往在表面交匯處存在微破損并出現(xiàn)亞表面損傷，從而導致模芯使用壽命降低或失效。因此，磨削后的模芯微結(jié)構表面必須要進行拋光以提升其表面質(zhì)量。
　　本文搭建了微結(jié)構表面

2、超聲振動拋光系統(tǒng)，分析了磨削后無壓燒結(jié)碳化硅、無結(jié)合劑碳化鎢及氮化硅微結(jié)構表面超聲振動拋光原理，修正了拋光輪的結(jié)構尺寸及輪廓形狀。揭示了微結(jié)構表面超聲振動拋光中磨粒與工件表面材料的作用機理，建立了微結(jié)構表面超聲振動拋光材料去除率模型。研究了拋光工藝參數(shù)對微結(jié)構表面完整性的影響規(guī)律，優(yōu)化了微結(jié)構表面超聲振動拋光工藝方法，并拋光加工了幾種典型的微結(jié)構陣列，主要研究工作如下：
　　搭建磨削-拋光一體化的微結(jié)構表面超聲振動拋光系統(tǒng)，結(jié)合微

3、結(jié)構表面與磨粒之間的相對運動關系，分析微結(jié)構表面的結(jié)構特性及超聲振動對微結(jié)構表面相對運動軌跡即微結(jié)構表面材料去除均勻性的影響規(guī)律，分析結(jié)果表明超聲振動可以改善結(jié)構特性對微結(jié)構表面材料去除不均勻性的影響。針對不同的微結(jié)構表面類型應用有限元仿真及Matlab計算修正拋光輪的截面結(jié)構尺寸和輪廓形狀以保證微結(jié)構表面的面形精度。對微結(jié)構拋光輪進行精密修整，分析對中誤差對微結(jié)構表面形狀精度及拋光輪修整形狀精度的影響規(guī)律并提出相應的解決方法。

4、　　提出超聲振動摩擦力完整數(shù)據(jù)采集方法。分析超聲振動對微結(jié)構表面超聲振動拋光過程中摩擦行為、潤滑狀態(tài)及材料去除形式的影響，揭示超聲振動拋光磨粒與微結(jié)構表面的相互作用機理。研究結(jié)果表明，與普通磨粒拋光相比，超聲振動可以減小微結(jié)構表面摩擦力，使微結(jié)構表面與拋光輪之間處于更接近于薄膜潤滑狀態(tài)的邊界潤滑，在低運動速度及拋光壓力、高振動頻率及振動幅值的情況下微結(jié)構表面材料去除形式以三體磨粒磨損去除為主。
　　研究拋光工藝參數(shù)對超聲振動拋光微

5、結(jié)構表面質(zhì)量，面形精度及材料去除率的影響規(guī)律，優(yōu)化超聲振動拋光工藝參數(shù)。并對比分析磨削后及超聲振動拋光后的微結(jié)構亞表面損傷情況。研究結(jié)果表明，超聲振動的引入可以降低微結(jié)構表面粗糙度，獲得更尖銳的微結(jié)構頂角及底角，提高硬脆材料的材料去除率；同時與普通磨粒拋光相比，在相同的拋光工藝參數(shù)下超聲振動拋光可以更有效的去除微結(jié)構亞表面裂紋。
　　基于以上研究結(jié)果，對無壓燒結(jié)碳化硅、無結(jié)合劑碳化鎢及氮化硅等硬脆材料進行圓弧槽陣列、閃耀光柵及金字