[01731096]镁铝尖晶石超光滑加工机理与工艺研究

采用固结磨料研抛技术对镁铝尖晶石进行超精密加工,制备出了适用于镁铝尖晶石超精密加工的固结磨料研抛垫,研究了微纳尺度下镁铝尖晶石工件的材料去除机理和亚表面损伤层产生机制,优化其研抛参数,满足了镁铝尖晶石光学元器件高效率低亚表面损伤要求。 将研磨抛光过程中工件的材料去除分解为纯机械去除、纯化学去除、机械与化学交互作用三部分。通过对各个分量所占的比例进行分析,明晰镁铝尖晶石固结磨料研抛的材料去除机制,为研抛过程变量和参数的优化提供理论依据。 根据研抛设备的运动形式,建立研抛垫上单颗磨粒的运动方程式并计算其轨迹长度,然后根据轨迹长度和磨损条件建立固结磨料研抛垫上磨粒磨损量的计算模型,根据不同位置磨粒的磨损量比值优化固结磨料研抛垫上凸起的排布和密度,从而提高镁铝尖晶石固结磨料研抛垫上磨粒的磨损的均匀性,改善镁铝尖晶石固结磨料研抛后工件的面型精度。 根据断裂力学原理分析镁铝尖晶石固结磨料研抛过程中工件亚表面损伤层的产生机理,建立镁铝尖晶石固结磨料研抛的离散元模型,并依据镁铝尖晶石多晶材料的特性和不同粒径作用下单颗磨粒的平均切深,采用离散元模型对镁铝尖晶石固结磨料研抛的亚表面损伤层深度进行预测,最后采用斜面抛光法测量不同粒径FAP研抛的亚表面损伤层深度。 采用采用显微硬度测试方法,测试了不同研抛液作用下镁铝尖晶石工件的显微硬度值和断裂韧性,并估算了其临界切深。采用XPS深度剖析方法估算了研抛液作用下工件表面软化层的厚度,分析了软化层产生的可能机制和对工件临界切深及加工性能的影响。 并以压力、转速和研抛液种类与浓度以及研抛垫填料铜粉含量为变量,通过研磨实验探讨各变量对镁铝尖晶石固结磨料研磨的材料去除率和表面质量的影响规律。综合考虑研磨效率、工件表面质量、研磨过程稳定性和设备使用要求,确定镁铝尖晶石固结磨料研抛的工艺路线和研抛参量。采用最优路线加工后,镁铝尖晶石的研抛总时间比传统的仅用游离磨料研抛加工时间缩短15%以上,研抛后的表面粗糙度可达10nm以下。