KDP晶体精密切割与磨削工艺的研究

题名:KDP晶体精密切割与磨削工艺的研究
作者:王强国
学位授予单位:大连理工大学
关键词:精密磨削;;金刚石线锯切割;;单颗粒磨削;;旋转超声磨削;;KDP晶体
摘要:
 KDP(磷酸二氢钾,KH2PO4)晶体具有较大的电光和非线性光学系数、高的激光损伤阈值、低
的光学吸收系数、高的光学均匀性和良好的透过波段等特点,成为制造惯性约束核聚变(ICF)装置中
唯一可以用作激光倍频和电光开关的关Neodymium Magnet键非线性光学材料。由于KDP晶体具有软且脆、易潮解、各
向异性等特性,是目前公认的难加工材料之一。KDP晶体的加工通常包括切割、单点金刚石切削、磨
削、磁流变抛光等。当前国内单点金刚石切削、磁流变抛光等超精密加工方式存在诸如小尺度波纹
度、塌边、效率较低的特点；大尺寸晶体切割缺乏有效方法,所采用的带锯切割存在工件切口大、
边缘易破损等质量问题,甚至大块晶体切割过程意外炸裂等灾难性隐患。探索和研究KDP晶体的精密
切割和磨削工艺,对于解决当前制约我国KDP晶体加工过程存在的技术难题具有重要的现实意义和应
用价值。
 论文首先针对现有基于钢带锯和电镀金刚石带锯的大尺寸KDP晶体切割工艺存在
的问题,开展了金刚石线锯低应力切割KDP晶体方法的试验研究,研究了线锯切割工艺参数对诸如表
面粗糙度Ra、平面度、平行度、亚表面损伤http://www.everbeenmagnet.com/等的影响,对比分析了不同工艺方法对KDP晶体切割表面
质量及亚表面损伤的影响,探讨了低应力线锯切割KDP晶体材料的去除机理和损伤形式,给出了低应
力线锯切割KDP晶体的最大亚表面损伤深度及后续加工余量,提出了一种金刚石线锯低应力精密切割
过程实时纠偏方案,实现了390mm切宽5mm厚度KDP晶体的低应力精密切割。
 通过单点划痕试
验研究KDP晶体不同晶向表面、亚表面裂纹扩展情况及亚表面损伤深度,得到KDP晶体的各向异性特
性对材料加工表面、亚表面的破坏形式以及亚表面损伤深度的影响；通过单颗金刚石磨粒磨削试验
,研究不同磨削形式、切深和磨粒速度对KDP晶体材料去除形式的影响。为后续KDP晶体固结磨粒加
工(切/磨)工艺参数试验,表面形貌、亚表面损伤分析及去除机理分析提供依据。
 开展了KDP晶体
精密磨削加工方法的探索性研究。进行了磨削方式、砂轮性能、磨削参数等对表面质量、亚表面损
伤、磨削力、磨削温升的影响的理论分析与试验研究,比较了旋转超声磨削和传统磨削对材料加工
质量(粗糙度、表面形貌、亚表面损伤等)的影响规律,分析了材料的各向异性对加工的影响,探讨了
KDP晶体磨削的材料去除机理,为今后进一步开展KDP晶体等各向异性材料的高效低损伤表面精密磨
削奠定了良好的基础。
学位年度:2010