固结磨料研抛光学玻璃的材料去除机理研究-机械制造及其自动化专业论文.docxVIP

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Mechanical and Electrical Engineering Material Removal Mechanism of Optical Glass During Chemical Mechanical Polishing by Fixed Abrasive Pad (Supported by National Natural Science Foundation of China, (Supported by National Natural Science Foundation of China, (Natural science Foundation of Jiangsu province, BK2010512) A Thesis in Mechanical Manufacture and Automation by Fan Jilong Advised by Professor Zhu Yongwei Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering March, 2012 承诺书 本人声明：所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航 空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 固结磨料化学机械研抛光学玻璃的材料去除机理研究 固结磨料化学机械研抛光学玻璃的材料去除机理研究 摘要 随着光学、光电子学及数码产品的蓬勃发展，K9 玻璃已在诸多领域得到了广泛的应用。由 于 K9 玻璃属于硬脆材料，在加工过程中极易发生脆性破坏，传统加工技术难以获得超光滑高 质量的表面。近年来，固结磨料化学机械抛光技术以其工艺可控性强、加工效率高、加工成本 低以及绿色环保等一系列优点受到越来越多的关注。本文采用显微硬度方法分析了化学机械研 抛中研抛液对 K9 玻璃表层硬度的影响，采用失重法对固结磨料研抛 K9 玻璃的材料去除过程中 的机械与化学作用进行了分离，利用正交实验的方法研究分析了各加工参数对 K9 玻璃研磨和 抛光的材料去除率及三维轮廓表面粗糙度影响，优化 K9 玻璃的研磨抛光工艺。本文所完成的 主要工作和研究成果如下： （1）研究了研抛液对 K9 玻璃的化学作用 采用去离子水和研抛液分别浸泡 K9 玻璃，测量并比较浸泡后 K9 的维氏硬度和压痕对角线 长度，根据所测数值进一步计算出 K9 玻璃表面生成的变质层厚度，验证了研抛液对 K9 玻璃的 化学作用和变质层厚度随浸泡时间的变化规律。研究表明：研抛液对 K9 玻璃有比较剧烈的化 学作用，可以在 K9 玻璃表面形成变质层，随着浸泡时间的延长变质层的厚度逐渐增加但增加 趋势逐渐减缓。 （2）探索亲水性固结磨料研抛垫研抛 K9 玻璃的材料去除机理 对固结磨料研抛 K9 玻璃过程中的机械与化学作用进行了分离，将 K9 玻璃的材料去除量分 为：研抛液化学作用的材料去除量，磨粒的机械作用的材料去除量，基体的机械作用的材料去 除量，磨粒的机械与化学交互作用的材料去除量，基体的机械与化学交互作用的材料去除量。 经试验分析了各部分作用对 K9 玻璃材料去除率的影响。其中得出，磨粒的机械与化学的交互 作用是影响 K9 玻璃材料去除的主要因素，约占材料去除率的 80%。 （3）亲水性固结磨料研抛垫研磨 K9 玻璃的工艺优化 采用 CETR CP-4 研磨抛光机对 K9 玻璃研磨工艺进行了优化研究，利用正交实验的方法研 究分析转速比、研磨压力、研磨液流量对 K9 玻璃研磨的材料去除率和三维轮廓表面粗糙度影 响。得出 K9 玻璃研磨的最佳工艺参数为：研磨压力 55MPa、转速比 145（rpm）/150（rpm）、 研磨液流量 60ml/min。经试验，K9 玻璃研磨的材料去除率为 3186nm/min，三维轮廓表面粗糙 度 Sa 值为 19.6nm。 （4）亲水性固结磨料研抛垫抛光 K9 玻璃的工艺优化 采用 CETR CP-4 研磨抛光机对 K9 玻璃