晶体各向异性对氟化钙材料机械去除的影响

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1、国内图书分类号：TH117.1密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学研究生学位论文晶体各向异性对氟化钙材料机械去除的影响年级：2015级姓名：胡罗成申请学位级别：工程硕士专业：机械工程指导教师：钱林茂教授陈磊副研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisEFFECTOFCRYSTALANISOTROPYONTHEMECHANICALREMOVALOFCALCIUMF

2、LUORIDEGrade:Postgraduate2015Candidate:LuochengHuAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MechanicalEngineeringSupervisor:LinmaoQianLeiChenMay.2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以

3、将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□√，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：2018.5.20日期：2018.5.20西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1.阐明了不同晶体取向对单晶氟化钙材料机械去除的影响规律；揭示了晶体滑移系统及其解理面对氟化钙各向异性材料去除的影响机制。2.探

4、究了不同滑动速度对氟化钙晶体各向异性机械去除的影响规律；指出滑动速度下弹性恢复能力的差异是造成不同晶面磨损结果相异的主要原因。3.对比研究了大气和纯水环境对氟化钙晶体各向异性压痕损伤的影响规律；揭示了水分子和晶体各向异性特征对氟化钙材料表面压痕损伤的作用机制。4.撰写学位论文。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全

5、了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：2018.5.20西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要氟化钙晶体基于其高透光率和高抗激光损伤阈值等优异的光学性能，已成为目前紫外光刻物镜系统中不可替代的透镜材料。随着紫外光刻进入曝光波长为13.5nm的极紫外工艺，对氟化钙透镜的表面质量提出了更为苛刻的要求，如纳米级的面形精度和亚纳米级的表面粗糙度，以及近零损伤的超精密表面。针对不同晶面和晶向上晶体力学性能和材料去除的差异，如何准确构建氟化钙材料的各向异性去除函数，实现其在

6、抛光过程中的一致、可控去除，已成为制约高精度、超精密氟化钙非球面加工的关键。基于此，本文借助纳米划痕仪以及原子力显微镜，首先开展了单点接触模式下晶体取向对氟化钙材料各向异性机械去除的机理研究，进一步探究了不同滑动速度对氟化钙材料各向异性磨损的作用机制。最后，在大气和纯水环境下对比研究了氟化钙晶体的压痕损伤，探究了水分子对材料各向异性压痕损伤的作用机制。本文主要的研究内容和创新成果总结如下：（1）研究了晶体取向对于氟化钙晶体机械去除的影响规律，提出了适用于不同晶面和晶向氟化钙材料韧性去除的接触压力安全

7、域。通过对氟化钙三种晶面不同晶向的滑动磨损测试，发现随着滑动方向的变化，氟化钙不同晶面的弹-塑-脆性转变的临界值差异明显。同时，材料的磨损深度也随着晶向的变化呈现明显的各向异性。氟化钙晶体的塑性去除主要受机械应力的作用方向与滑移对应关系所影响，而裂纹的产生则优先发生在解理面上。此外，基于实验结果，一个10.8GPa到11.4GPa的安全区域被定义为氟化钙晶体所有晶面和晶向的韧性去除区间。（2）揭示了滑动速度对氟化钙晶体各向异性机械去除的影响规律通过研究不同滑动速度对氟化钙晶体不同磨损状态下材料去除的

8、影响规律，发现滑动速度的变化会导致材料磨损深度产生明显差异，并且也会影响材料的滑动摩擦力和弹性恢复能力。滑动速度的作用机理主要体现在剪切应变速率的变化，导致材料与针尖的剪切作用力变化，从而影响材料的去除行为。而不同晶面所表现出的磨损行为差异，主要是由不同晶面在不同滑动速度下弹性恢复能力的差异引起，而这种差异具体与机械应力方向同晶体晶轴方向的位置关系以及滑移面的移动有关。同时，由于滑动速率与加载速率为一定值，导致滑动速度的变化对于氟化钙材料的弹-塑-脆性转变影响不大。（