论文部分内容阅读
激光核聚变是目前解决能源问题的一个重要途径。KDP/DKDP晶体具有优良非线性光学性能,同时是目前唯一的可应用于ICF光学系统中的大尺寸倍频元件。然而KDP/DKDP晶体表面/亚表面缺陷使得KDP/DKDP光学元件在强激光辐照作用下引起激光损伤,并造成激光损伤阈值大幅度降低,严重阻碍了激光核聚变的发展。对KDP/DKDP晶体进行表面损伤和表面缺陷修复有助于延长KDP/DKDP晶体光学元件在激光核聚变中的工程使用寿命,具有很大的工程价值。目前,微铣削机械修复是最为理想的修复方法。本文以DKDP晶体的表面/亚表面缺陷为研究对象,探究缺陷对力学性能和微铣削修复质量的影响,有助于理解微铣削亚表面的损伤特性和表面缺陷对材料力学性能的影响程度,并对微铣削修复加工具有参考意义。通过对DKDP晶体飞切表面和铣削表面的力学性能进行研究,发现DKDP晶体铣削表面的弹性模量和硬度变化幅度分别为16%和13%,飞切表面的弹性模量和硬度变化幅度分别为21%、17%,说明DKDP晶体铣削表面力学性能的各向异性低于飞切表面力学性能的各向异性。同时除了45°晶向外,铣削表面的硬度和弹性模量低于飞切表面的硬度和弹性模量,这说明DKDP晶体铣削表面抵抗弹塑性变形的能力低于DKDP晶体飞切表面抵抗弹塑性变形的能力,其原因是微铣削加工时,铣刀刀头处应力状态复杂,导致亚表面结构变化更严重。同时,本文对表面微裂纹缺陷附近区域的力学性能进行研究。研究发现裂纹缺陷附近0.75μm范围内材料的弹性模量和硬度发生了较大改变,其变化幅度分别为39%和50%,并且材料的塑性流动方向也发生了较大变化。本文利用有限元仿真的方法研究缺陷对微铣削修复质量的影响。首先运用量纲分析法对纳米压痕所得载荷-压深曲线进行拟合和转换,获得建立DKDP晶体材料本构模型所需的应力-应变关系。然后建立DKDP晶体三维微铣削修复仿真模型,仿真中采用加工微型槽的方法进行缺陷修复。在铣削过程中发现缺陷的存在会导致应力集中和切削力剧烈波动,这会增大铣削表面的残余应力和表面粗糙度,从而降低表面质量。之后系统的开展DKDP晶体微铣削修复的有限元仿真研究,研究不同切削参数、铣削方式下缺陷对微铣削修复质量的影响,同时研究缺陷大小和位置因素对微铣削修复质量的影响,得到缺陷对微铣削修复质量的影响规律。