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《西安工业大学》 2018年
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单晶蓝宝石基片集群磁流变抛光实验研究

陈刚  
【摘要】:单晶蓝宝石是一种综合性能优良的多功能晶体材料,广泛应用于各个领域,随着各领域产品性能的提高对单晶蓝宝石的加工要求也越来越高,要求加工后表面质量好并且无亚表面损伤,目前加工单晶蓝宝石的方法不同程度上均存在一定缺陷,集群磁流变抛光技术是一种光学表面平坦化抛光方法,具有其它超精密抛光方法不具有的优势,本文对单晶蓝宝石集群磁流变抛光工艺进行了系统研究,主要研究工作如下:1)结合传统抛光工艺的材料去除机理,分析了单晶蓝宝石集群磁流变抛光过程中的材料去除机理。基于磨削加工中的经验公式Preston方程建立了材料去除数学模型,由模型得出材料去除量与抛光参数之间的关系,通过实验验证了所建立模型的正确性,并总结出了抛光参数对材料去除量的影响规律。2)运用SolidWorks建模软件和Ansoft Maxwell三维磁场仿真软件对不同结构抛光盘、不同形状的磁极、不同排列方式磁极所产生的磁场进行了仿真分析。在此基础上,分析了磁场分布均匀性,磁感应强度的大小对抛光效果的影响。3)按照粗磨、精磨、粗抛、集群磁流变抛光的工艺流程进行实验,针对实验中存在的问题,优化了实验装置,改善了研磨液和抛光液配方,采用自制的粒径为70 nm的二氧化硅溶胶抛光液进行集群磁流变抛光工艺实验,研究了抛光液浓度、抛光液pH、抛光液温度对表面粗糙度的影响。实验结果表明,表面粗糙度下降速率随着磨料浓度的下降而下降,随着抛光液温度和pH值的增大先增大后减小,当抛光液磨料浓度为45%、pH=11、温度为36 ℃时表面粗糙度下降速率为1.65 nm/min,表面粗糙度值为0.8 nm。4)分析了亚表面损伤的形成机理,理论分析了集群磁流变抛光去除亚表面损伤的可行性,基于印压断裂理论,建立了亚表面损伤深度与抛光参数的关系模型,通过正交实验验证了模型的合理性以及研究了抛光参数对亚表面损伤深度的影响规律,实验结果表明,亚表面损伤深度随着抛光压力和磨粒粒径的增大而增大,抛光压力是决定是否产生亚表面损伤的关键因素,当磨粒粒径为280 nm,抛光压力为82 N时,抛光过程中不产生亚表面损伤,并且能够去除研磨中造成的亚表面损伤,经过100 min抛光亚表面损伤深度减小至0.9 nm。
【学位授予单位】:西安工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ133.1;O786

【参考文献】
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