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大口径碳化硅质反射镜数控光学加工的研究

作　者: 范镝
导　师: 张学军
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 理学
关键词: 碳化硅(SiC) 数控光学加工(CCOS) FSGJ-Ⅱ 面形精度表面质量
分类号: TG665
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着空间光学技术的发展,传统反射镜材料已经不能满足空间光学系统的要求。碳化硅(SiC)材料以其较高的弹性模量,适中的密度,较小的热膨胀系数,较高的导热系数,耐热冲击性,高的比刚度和高度的尺寸稳定性等一系列优秀的物理性质,引起了各国航天科学工作者的广泛关注。但是,由于碳化硅材料所具有高硬度、高弹性模量等性质,使碳化硅质反射镜的光学加工难度很大。掌握了碳化硅质反射镜的数控光学加工技术对于我国空间相机的制造具有重要意义。本文针对大口径碳化硅反射镜的数控光学加工中的关键技术进行了深入的探讨。1.加工设备简要介绍了实现碳化硅质反射镜数控加工的设备——FSGJ-Ⅱ非球面数控加工中心,包括其加工控制原理、主要技术指标、总体结构、数控系统结构和与之配套的ASM1.0软件主要功能等。2.数控研磨针对碳化硅反射镜的研磨机理进行了讨论,证明了碳化硅反射镜的研磨过程符合Preston假设,可以应用FSGJ-Ⅱ非球面数控加工中心进行研磨;并通过大量的工艺实验对磨料、磨料粒度、磨头材料、压力、转速等工艺参数对研磨效果的影响进行了讨论,并对工艺参数进行了选择。3.数控抛光在抛光方面,定性的对碳化硅材料的抛光过程进行了讨论;通过大量的工艺实验对磨料粒度、抛光盘材料、压力、转速、抛光液酸碱度等工艺参数对抛光效果的影响进行了讨论,并对工艺参数进行了选择;最后,测定了碳化硅样片的表面质量和一些光学性能。4.表面改性研究讨论了表面改性对碳化硅样片表面质量的优化,并进行了改性层的附着力和温度冲击实验。5.加工实例最后,简要介绍了有效口径为480×280mm的船形碳化硅质平面反射镜的数控光学加工和检测。加工后,有效口径内面形精度达到0.050λRMS。实践证明,本文的研究工作为大口径碳化硅质反射镜高效、精确的数控光学加工提供了一条有效的途径。

全文目录

第一章绪论  12-29
  1．1 引言  12-14
  1．2 先进的空间光学反射镜材料——碳化硅陶瓷  14-16
  1．3 碳化硅反射镜的发展状况  16-20
  1．4 数控光学加工技术简介  20-22
  1．5 课题研究的目的及意义  22
  1．6 本论文的主要研究内容  22-24
  参考文献  24-29
第二章碳化硅反射镜的光学加工设备—FSGJ-Ⅱ非球面数控加工中心  29-44
  2．1 概述  29-30
  2．2 FSGJ-Ⅱ非球面数控加工中心  30-33
  2．3 FSGJ-Ⅱ的研磨、抛光控制原理  33-40
  2．4 本章小结  40-42
  参考文献  42-44
第三章碳化硅反射镜的数控研磨  44-63
  3．1 简介  44-49
  3．2 研磨阶段影响材料去除效率的因素  49-57
  3．3 研磨阶段的碳化硅表面质量  57
  3．4 数控研磨的工艺参数的选择  57-60
  3．5 本章小结  60-61
  参考文献  61-63
第四章碳化硅反射镜的数控抛光  63-78
  4．1 碳化硅材料的抛光机理  63-67
  4．2 影响抛光去除效率和表面粗糙度的因素  67-74
  4．3 抛光工艺参数的选择  74-75
  4．4 碳化硅抛光表面的表面质量与光学反射性能  75-76
  4．5 本章小结  76-77
  参考文献  77-78
第五章碳化硅反射镜的表面改性研究  78-85
  5．1 改性层材料与抛光  80
  5．2 改性效果  80-81
  5．3 改性层的附着力和温度测试  81-83
  5．4 本章小结  83-84
  参考文献  84-85
第六章大口径碳化硅平面反射镜的数控光学加工与检测  85-94
  6．1 船形镜的数控研磨  86-88
  6．2 船形镜的数控抛光  88-91
  6．3 重力实验  91-92
  6．4 本章小结  92-93
  参考文献  93-94
第七章结论与展望  94-95
作者简介  95-96
发表和待发表的论文  96-97
致谢  97-98

大口径碳化硅质反射镜数控光学加工的研究

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