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光学元件磁流变抛光去损伤加工工艺研究

作　者: 吕汉峰
导　师: 郑子文
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 磁流变抛光亚表面损伤损伤去除后处理工艺
分类号: TG669
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

强光光学系统对应用于其中的光学元件有着苛刻的要求,不仅要求有高的面形精度、低的表面粗糙度及好的空间频率分布等优良的表面质量,而且也越来越重视光学元件的亚表面质量。若光学元件存在亚表面损伤,即便是其具有很高的表面质量,当其应用于高能激光等强光光学系统时,这些尺寸在亚微米量级的损伤会在强光的诱导下发生破坏性的巨变,如在光学元件上产生熔洞、炸裂斑点等,致使光学元件永久性失效,同时光学元件的表面亚表面损伤会严重的降低其激光损伤阈值,即加工出的存在损伤的光学元件的激光损伤阈值会远低于所用该种材料的激光损伤阈值,致使元件在较低的能量照射情况下就发生破坏。光学元件的加工过程一般是以传统抛光作为最后的精加工处理,由于存在机理上的问题以及一些工艺问题,传统抛光生产出的光学元件在应用于强光高能系统时总达不到理想的效果。在我国,光学元件的无损加工逐渐成为制约高能激光系统发展的重要问题。本文以我国高能激光系统的快速发展为契机,采用一项新的抛光技术——磁流变抛光为主要技术手段,对光学元件的损伤去除加工进行深入研究。主要进行了以下几个方面的工作:1、磁流变抛光去损伤机理研究。着手光学元件等硬脆材料的塑性域加工研究,深入到抛光过程中单颗抛光颗粒受力情况的层次上,得出磁流变抛光是在材料的塑性域对光学元件进行加工的。然后从材料的去除机理、抛光模等方面将磁流变抛光和传统抛光加以比较来说明磁流变抛光应用于光学元件无损加工的优势,充分体现磁流变抛光可以加工出工程应用意义上的低损伤或无损伤光学元件。2、磁流变抛光去损伤工艺研究。考虑到磁流变抛光模的特性,并不是任何形式的损伤都可直接由磁流变抛光去除,再加上加工成本和效率等问题,磁流变抛光前序工作显得尤为重要,只有合理安排各种工艺才能达到成本和质量的双优。另外,就磁流变抛光本身而言,不同的工艺参数会得到不同的加工质量和效率,文中采用正交试验法得到了兼顾质量和效率的优化的磁流变抛光工艺参数,为实际的工程应用做准备。3、磁流变抛光去损伤后处理工艺研究。鉴于磁流变抛光的特性,光学元件在经过磁流变抛光后不可避免的会在光学元件表层残留磁敏微粒、抛光粉颗粒等杂质或离子,这些杂质或离子也会严重影响光学元件的工程应用,需要进一步处理。文中主要介绍了两种处理措施,并相互对比指出了各自的使用范围。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-23
  1.1 课题来源及意义  12-14
    1.1.1 课题的来源  12
    1.1.2 课题的研究背景及意义  12-14
  1.2 亚表面损伤对强光光学元件的影响  14-16
    1.2.1 强光光学材料  14-15
    1.2.2 损伤的表现形式、产生条件及影响  15-16
  1.3 国内外研究现状  16-22
    1.3.1 无损加工现状  17-19
    1.3.2 光学元件损伤研究现状  19-21
    1.3.3 磁流变抛光技术在去除损伤方面的应用  21-22
  1.4 本文主要研究内容  22-23
第二章磁流变抛光去损伤机理研究  23-35
  2.1 磁流变抛光单颗抛光颗粒受力分析  23-31
    2.1.1 光学元件塑性域加工的条件  23-25
    2.1.2 磁流变抛光区域应力场分布  25-28
    2.1.3 磁流变抛光区域抛光颗粒受力模型  28-29
    2.1.4 受力分析的实验验证  29-31
  2.2 磁流变抛光特性研究  31-34
    2.2.1 磁流变抛光材料去除方式  31-33
    2.2.2 磁流变抛光的抛光模  33-34
    2.2.3 磁流变抛光的其它优势  34
  2.3 本章小结  34-35
第三章磁流变抛光去损伤工艺研究  35-46
  3.1 磁流变抛光去除不同类型损伤的能力  35-40
    3.1.1 不同类型损伤的磁流变抛光效果  35-38
    3.1.2 光学元件损伤深度的测定  38-40
  3.2 磁流变抛光去损伤工艺参数确定及优化  40-45
    3.2.1 磁流变抛光的加工力测量试验设计  41-42
    3.2.2 磁流变抛光的加工力影响因素分析  42-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章磁流变抛光后处理工艺研究  46-54
  4.1 离子束抛光处理  46-49
    4.1.1 离子束抛光简述  46-48
    4.1.2 离子束抛光处理  48-49
  4.2 酸蚀处理  49-53
    4.2.1 HF 酸蚀处理  49-50
    4.2.2 HF 酸蚀处理对光学元件粗糙度和面形的影响  50-52
    4.2.3 酸蚀处理注意事项  52-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章强光光学元件损伤去除加工实例  54-64
  5.1 强光光学元件损伤去除加工工艺流程  54-56
  5.2 强光系统高次非球面透镜的损伤去除加工  56-60
    5.2.1 磁流变抛光前序工作  56-57
    5.2.2 磁流变抛光去损伤的加工过程  57-59
    5.2.3 磁流变抛光后处理过程  59-60
  5.3 损伤去除加工结果检测  60-63
    5.3.1 加工结果观测  60-61
    5.3.2 激光损伤阈值测量  61-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 全文总结  64-65
  6.2 研究展望  65-66
致谢  66-68
参考文献  68-72
作者在学期间取得的学术成果  72

光学元件磁流变抛光去损伤加工工艺研究

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