【摘 要】
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近年来,小口径非球面磷酸盐玻璃镜片以其优良的光学性能与成像质量,在光电通讯、汽车、生物工程、光学设备及军事武器等领域的应用日益广泛,而精密模压成型是实现该类镜片高效、高精制造的有效途径之一。然而,镜片的成型精度和光学性能受多个模压成型参数的影响,易出现翘曲、表面瑕疵、变形、裂纹和应力集中等多种缺陷,从而导致成型镜片的良品率不高。基于此,本文采用实验与仿真相结合的方法,对小口径非球面磷酸盐玻璃H-Z
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“微小非球面玻璃镜片的超精密模压成型关键技术研究”,项目编号:51405034
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近年来,小口径非球面磷酸盐玻璃镜片以其优良的光学性能与成像质量,在光电通讯、汽车、生物工程、光学设备及军事武器等领域的应用日益广泛,而精密模压成型是实现该类镜片高效、高精制造的有效途径之一。然而,镜片的成型精度和光学性能受多个模压成型参数的影响,易出现翘曲、表面瑕疵、变形、裂纹和应力集中等多种缺陷,从而导致成型镜片的良品率不高。基于此,本文采用实验与仿真相结合的方法,对小口径非球面磷酸盐玻璃H-ZPK3镜片精密模压成型技术进行了研究,主要研究内容包括以下四个方面:(1)开展了磷酸盐玻璃热机械性能参数的分析与实验,得出了其热机械性能参数曲线;构建了磷酸盐玻璃材料的热粘弹性模型;分析了磷酸盐玻璃的应力松弛和结构松弛特性,对其松弛参数进行了计算,为后续仿真奠定基础。(2)建立了耦合场下小口径非球面磷酸盐玻璃镜片精密模压成型的三维有限元模型,并对模压成型过程进行了仿真分析,探讨了模压工艺参数对成型镜片残余应力与温度分布的影响。结果表明:当升温速率、加压载荷、保持压力、退火速率的增大以及模压温度减小时,成型镜片内部残余应力增大,并与成型镜片的温度差有一定关系。(3)基于分子动力学的方法,建立了耦合场下磷酸盐玻璃材料的分子动力学模型;模拟了材料热-机械耦合场下的力学行为,分析了裂纹尺寸、温度和升温速率对裂纹扩展以及玻璃力学性能的影响。结果表明:微裂纹扩展与裂纹尺寸有关,且升温速率和温度越大,P2O5原子体系的势能也越大,裂纹扩展速度越快。(4)进行了镜片模压成型实验,然后检测了成型镜片的成型质量和光学性能。结果表明:当升温速率、模压温度越小、镜片完全成型情况下加压载荷和退火速率越小、保持压力越大,镜片的成型质量(轮廓偏移量、表面粗糙度PV、形状精度Ra)越好。当升温速率、模压温度、加压载荷、保持压力、退火速率、模压温度和波长增加时,成型镜片的反射率和折射率逐渐减小、透过率增大。此外,还对相同参数下镜片轮廓偏移量的仿真与实验结果进行了对比,发现仿真与实验结果基本一致。
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