碳化硅镜面材料的磁流变抛光工艺研究

论文摘要

现代光学制造业的迅猛发展已经成为军事、航天、电子等领域的迫切需求,越来越多的光学元件广泛应用于与这些领域相关的复杂系统中,提高光学元件的超精密加工能力,寻求适合光学材料的加工方法是为关键。磁流变抛光技术作为国内外新兴的超精密加工技术,是广泛采用的确定性加工与特有的加工机理相结合的产物,在各种光学材料（硅酸盐玻璃、碳化硅等）和多种加工方式（平面、球面、非球面、自由曲面等）中逐渐显现出其它超精密加工技术不可比拟的优势。本文针对目前广泛应用于航天、材料等领域的新型材料碳化硅,利用磁流变抛光技术对其工艺进行深入研究,主要进行了以下几方面的工作:1. SiC的磁流变抛光去除机理研究。总结抛光的材料去除机理的几种基本理论,对比研究SiC材料的结构特性,分析磁流变抛光液相关特性的基础上得出磁流变抛光的材料去除是机械作用的结果,并在研究去除模型、表面粗糙度理论的基础上讨论磁流变抛光去除机理的若干影响因素。2. SiC的磁流变抛光去除函数模型研究。建立磁流变抛光去除函数评价指标,分析去除函数峰值去除率、体积去除量、几何尺寸的关系,分析去除函数在加工过程中短期与长期的稳定性等特性。3. SiC的磁流变抛光工艺参数实验研究。建立磁流变抛光工艺参数评价指标,对主要的工艺参数进行理论分析,指出影响趋势,并与实验进行对比,得到各主要工艺参数对加工过程的影响程度,提出工艺参数选择依据。4. SiC的磁流变抛光面形控制技术研究。综合应用以上研究结果,根据磁流变抛光机理,选择适合的磁流变液,建立稳定准确的去除模型,选择恰当的工艺参数,改变了以往研磨-传统粗抛-磁流变精抛的加工模式,形成了研磨-磁流变粗抛-传统半精抛-磁流变精抛的新型加工模式,实现了高精度、超光滑的SiCΦ202mm平面光学元件的磁流变加工（PV 0.13μm,RMS 12nm）,并大大缩短了加工时间,提高了工作效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的背景及意义
• 1.2 碳化硅的超精密加工技术现状
• 1.2.1 浴法抛光
• 1.2.2 在线电解修整磨削
• 1.2.3 磁流变抛光
• 1.2.4 离子束加工
• 1.3 光学镜面磁流变抛光技术发展
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 SiC的磁流变抛光去除机理研究
• 2.1 抛光的材料去除机理概述
• 2.1.1 机械作用理论
• 2.1.2 化学作用理论
• 2.1.3 流变理论
• 2.2 碳化硅材料特性研究
• 2.2.1 碳化硅的结构特点
• 2.2.2 几种碳化硅特性对比
• 2.3 碳化硅的磁流变抛光机理研究
• 2.3.1 磁流变抛光材料去除机理
• 2.3.2 磁流变抛光材料去除模型
• 2.3.3 磁流变抛光表面粗糙度基本理论
• 2.4 本章小结
• 第三章 SiC的磁流变工艺研究
• 3.1 去除函数、工艺参数定义及评价方法
• 3.1.1 去除函数评价方法
• 3.1.2 表面粗糙度评价方法
• 3.1.3 测量设备
• 3.2 用于SiC加工的磁流变抛光液
• 3.2.1 羰基铁粉
• 3.2.2 纳米金刚石抛光粉
• 3.3 磁流变抛光去除函数特性
• 3.3.1 去除函数的线性
• 3.3.2 去除函数的重复性与稳定性
• 3.3.3 去除函数的表面粗糙度曲线
• 3.4 工艺参数对磁流变抛光的影响
• 3.4.1 抛光轮转速
• 3.4.2 抛光轮与工件表面的间隙
• 3.4.3 磁场强度
• 3.4.4 其它参数
• 3.5 磁流变抛光工艺参数选择
• 3.6 本章小结
• 第四章 SiC的磁流变抛光与面形控制
• 4.1 计算机控制光学表面成形（CCOS）技术
• 4.1.1 CCOS技术的工作原理
• 4.1.2 CCOS技术的数学模型
• 4.1.3 驻留时间的迭代算法（一）
• 4.1.4 驻留时间的迭代算法（二）
• 4.2 磁流变机床
• 4.2.1 机床构成
• 4.2.2 循环系统
• 4.3 SiC的磁流变修形研究
• 4.3.1 传统研磨抛光
• 4.3.2 子孔径拼接测量
• 4.3.3 磁流变粗抛
• 4.3.4 磁流变精抛
• 4.3.5 对几个关键问题的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果