碳化硅光学反射镜超精密加工的基础理论与方法.pdf

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书籍描述

目录
《微纳制造的基础研究学术著作丛书》序
前言
第1章绪论
1.1碳化硅反射镜的应用优势与制造过程中存在的难点
1.1.1碳化硅反射镜的应用优势
1.1.2碳化硅反射镜制造过程中存在的难点
1.2碳化硅光学材料的研究与应用现状
1.2.1碳化硅光学材料研究现状
1.2.2碳化硅光学材料的应用现状
1.2.3国内在碳化硅光学材料制备方面的研究进展
1.3碳化硅光学材料超精密加工的基础理论
1.3.1基于机械作用的相关基础理论
1.3.2基于化学、机械效应联合作用的相关基础理论
1.3.3基于原子间作用的相关基础理论
1.4碳化硅反射镜的加工技术
1.4.1传统研抛
1.4.2超精密磨削
1.4.3计算机控制确定性研抛
参考文献
第2章碳化硅光学材料特性与力学行为研究
2.1碳化硅光学材料的制备工艺与特性分析
2.1.1碳化硅光学材料的制备工艺
2.1.2碳化硅光学材料的机械特性
2.1.3碳化硅光学材料的组分与显微结构分析
2.2碳化硅光学材料的力学行为试验研究
2.2.1CVD SiC的印压试验与刻划试验研究
2.2.2 S SiC的刻划试验研究
2.2.3碳化硅复合光学材料的刻划试验研究
参考文献
第3章碳化硅反射镜坯体的非球面磨削机理与工艺
3.1碳化硅反射镜坯体非球面磨削的材料去除机理
3.1.1非球面磨削方式
3.1.2单颗磨粒最大磨削厚度计算
3.1.3典型碳化硅坯体材料的磨削机理
3.2碳化硅反射镜坯体材料磨削的亚表面损伤
3.2.1碳化硅坯体材料磨削亚表面损伤的研究方法
3.2.2典型磨削工艺参数下的亚表面裂纹深度
3.2.3 C/SiC磨削表面残余应力研究
3.3碳化硅反射镜坯体非球面磨削的精度控制
3.3.1非球面磨削误差建模
3.3.2面形误差传递函数
3.3.3误差源辨识算法
3.3.4碳化硅反射镜坯体非球面磨削误差补偿实例
3.4大口径碳化硅反射镜坯体非球面磨削工艺
3.4.1非球面磨削工艺路线的制订
3.4.2加工结果
参考文献
第4章碳化硅光学材料研磨去除机理与工艺
4.1碳化硅光学材料研磨加工的基础理论
4.1.1研磨过程中单颗磨粒的载荷计算
4.1.2研磨效率模型
4.1.3研磨亚表面裂纹深度模型
4.2碳化硅光学材料研磨加工的材料去除机理
4.2.1研磨条件下单颗磨粒受力分析
4.2.2典型碳化硅光学材料的研磨机理分析
4.3碳化硅光学材料研磨加工的亚表面裂纹研究
4.3.1研究方法
4.3.2碳化硅光学材料的研磨亚表面裂纹构型
4.3.3工艺参数对于CVD SiC亚表面裂纹深度的影响规律
4.4碳化硅光学材料研磨加工的去除率与表面粗糙度研究
4.4.1工艺参数对于材料去除率的理论分析
4.4.2工艺参数对于材料去除率与表面粗糙度的试验研究
4.5碳化硅光学材料研磨加工的工艺参数选择
参考文献
第5章碳化硅光学材料传统抛光机理与工艺
5.1碳化硅光学材料传统抛光的基础理论
5.1.1均质碳化硅光学材料传统抛光的理论分析
5.1.2多组分碳化硅光学材料传统抛光高差平衡机制分析
5.2CVD SiC光学材料的超光滑抛光
5.2.1超光滑抛光表面形貌衍变及材料去除机理
5.2.2超光滑抛光表面粗糙度影响因素研究
5.2.3CVD SiC超光滑抛光实例
5.3S SiC光学材料的超光滑抛光
5.3.1S SiC抛光表面形貌衍变与材料去除机理
5.3.2超光滑抛光表面粗糙度的影响因素研究
5.3.3S SiC超光滑抛光实例
5.4碳化硅复合光学材料的超光滑抛光
5.4.1RB SiC超光滑抛光表面形貌分析及粗糙度变化规律
5.4.2Si/SiC两相涂层超光滑抛光表面形貌分析及粗糙度变化规律
5.4.3RB SiC与Si/SiC两相涂层抛光过程中的局部磨损
5.5碳化硅光学材料传统抛光效率研究
5.5.1工艺参数对于CVD SiC抛光材料去除率的影响
5.5.2其他碳化硅光学材料的去除率研究
5.5.3基于表面粗糙度与抛光效率的工艺参数选择方法
参考文献
第6章碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光机理与工艺研究
6.1碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光机理研究
6.1.1芬顿反应理论概述
6.1.2碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光机理研究
6.2碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光材料去除机理分析
6.2.1碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光去除机理
6.2.2碳化硅光学材料芬顿辅助抛光材料去除率仿真
6.3芬顿辅助抛光液配制工艺研究
6.3.1芬顿辅助抛光液配制方法
6.3.2芬顿辅助抛光去除函数稳定性
6.4碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光基本工艺特性研究
6.4.1田口实验方法设计
6.4.2工艺参数对去除率的影响
6.4.3工艺参数对表面质量的影响
6.4.4碳化硅光学材料芬顿辅助抛光工艺特性对比研究
6.5碳化硅光学材料的芬顿辅助抛光加工工艺流程及实例
6.5.1碳化硅光学材料芬顿辅助抛光加工工艺流程
6.5.2碳化硅光学材料芬顿辅助抛光加工实例
参考文献
第7章碳化硅光学材料的可控柔体加工特性研究
7.1碳化硅光学材料的磁流变抛光特性研究
7.1.1磁流变抛光机理
7.1.2碳化硅光学材料的磁流变抛光适应性研究
7.1.3碳化硅光学材料磁流变抛光的影响因素分析
7.2碳化硅光学材料的离子束加工
7.2.1离子束加工材料去除机理概述
7.2.2碳化硅光学材料离子束加工适应性研究
7.2.3CVD SiC离子束加工的效率研究
参考文献
第8章碳化硅反射镜超精密加工工艺路线与应用实例.
8.1典型碳化硅反射镜加工工艺路线的制订与优化
8.1.1典型碳化硅反射镜的加工工艺路线
8.1.2碳化硅反射镜的加工工艺路线优化
8.2碳化硅反射镜加工实例
8.2.1口径180mm f/1.6 CVD SiC抛物面镜的加工
8.2.2口径202mmXlOmm S SiC平面反射镜的加工
8.2.3口径93mm S SiC超薄镜的加工
8.2.4碳化硅复合光学材料的加工
参考文献

文摘
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5.2CVD SiC光学材料的超光滑抛光
5.2.1超光滑抛光表面形貌衍变及材料去除机理
采用扫描电镜与轮廓仪观察CVD SiC从研磨表面至抛光表面的形貌衍变过程,结合单颗磨粒划痕深度,对CVD SiC抛光中的材料去除机理进行研究。试验对象为口径30mm×5mm的CVD SiC试件,其研磨工艺参数为:铸铁研磨盘、W7金刚石磨粒、压强10kPa、相对速度0.38m/s;抛光工艺参数为:KSP 66A抛光模、W7金刚石磨粒、压强10kPa、相对速度0.38m/s。
该试件研磨后的表面如图5.7(a)所示,抛光表面形貌的衍变如图5.7(b)~(d)所示。根据图中所示可以发现:在抛光初期,工件表面较粗糙,表面高点与处于抛光模高点的磨粒剧烈作用,加之工件表面损伤层内的缺陷较多,在磨粒的作用下裂纹容易扩展并造成材料脱落,因此工件表面损伤层被迅速去除,在30min内表面粗糙度RMS值下降到17.74nm;当大部分工件表面损伤层被去除之后,工件与抛光模之间已经形成了一个较为平坦的接触表面,接触区域的增加与表面缺陷数目的减少导致工件表面材料的去除率有所减缓,在30~60min时间段内表面粗糙度RMS值由17.974nm下降到4.612nm,此时表面粗糙度RMS值的收敛还是比较明显的;在60~180min时间段内,工件表面缺陷的数目已经很少,此时抛光主要是为了消除工件表面的个别缺陷,因此基本进入稳定抛光阶段,材料去除率较低,表面粗糙度RMS值由4.612下降到2.966之后,已经基本达到该工艺参数所能获得的最好表面粗糙度,继续抛光表面粗糙度改善有限。观察图5.7(b)~(d),我们发现工件表面存在着大量的塑性划痕,这些划痕的深度在20nm以下(基于轮廓仪分析数据),根据图2.8(b),我们可以判定磨粒对于工件无损表面(区别于表面裂纹层)的划痕是完全塑性的。另外,根据式(5-19),我们可以求得该工艺条件下单颗磨粒所受的最大载荷为11.7mN(W7金刚石磨粒中的最大粒径为15.5μm,由粒度分析仪测得),小于CVD SiC脆塑转变的临界载荷(150~180mN),因此在CVD SiC的稳定抛光过程中(即忽略从研磨表面到抛光表面这一过渡阶段),材料去除机理为磨粒对工件表面的塑性划痕作用。当然,在抛光初期阶段,由于磨粒对工件表面损伤层的剧烈作用,可能出现材料的断裂去除。

内容简介
本书重点介绍了我们承担的国家重大基础研究项目(973)的研究成果的一部分。是一部专门针对新一代空间光学碳化硅光学材料加工的专著。内容包括:五种典型碳化硅光学材料如碳/碳化硅(C/SiC)、硅/碳化硅(Si/SiC)两相涂层、化学气相沉积碳化硅(CVDSiC)、反应烧结碳化硅(RBSiC)以及烧结碳化硅(SSiC)的显微结构与力学行为;碳化硅反射镜磨削、研磨、传统抛光与可控柔体加工的材料去除机理与相关工艺;适用于碳化硅反射镜的高效、高精度、超光滑加工工艺路线以及具有代表性的碳化硅光学元件加工实例等。

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