蓝宝石超精密研磨加工工艺实验研究

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1、密级：非密中图分类号：TH145硕士学位论文蓝宝石超精密研磨加工工艺实验研究研究生：戴鹏导师：万林林学科：机械工程研究方向：先进制造技术2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterExperimentalstudyonultraprecisionlappingprocessofsapphireCandidate：DaiPengSupervisorandRank：WanLinlinAssociateProfessor蓝宝石超精密研磨加工工艺实验研究学位类型学术型学位作者姓名戴鹏作者学号15010301032学科（专业学位类别)机械工程研究

2、方向（专业领域)高效精密智能制造导师姓名及职称万林林副教授实践导师姓名及职称所在学院机电工程学院论文提交日期2018年5月摘要蓝宝石是一种用途广泛的晶体材料，具有良好的物理性能、光学性能和化学性能。目前已广泛应用于光学、航空航天、民用电子产品等领域。伴随着蓝宝石材料需求量的增大，对蓝宝石的加工效果（表面粗糙度和材料去除率等）提出了更高的要求。本文以A向和C向蓝宝石为研究对象，研究了蓝宝石研磨加工的材料去除机理，对比了两种晶向蓝宝石的研磨加工特性，通过检测获得了工艺参数对蓝宝石加工质量的影响规律，分析了两种晶向蓝宝石在研磨加工过程中的损伤产生形式。具体研究工作内容包括：1）使用粒

3、径为W2的金刚石研磨液进行蓝宝石超精密研磨加工实验；实现了接近纳米级的研磨加工效果；通过测量和计算获得了不同工艺参数下的材料去除率，使用方差分析的方法确定了研磨加工中工艺参数对蓝宝石材料去除率的影响因素大小；通过单因素实验探究了工艺参数对蓝宝石材料去除率的影响规律；分析了两种晶向蓝宝石在研磨加工中材料去除率存在差别的原因。2）通过检测获得了研磨加工后蓝宝石的表面粗糙度值，使用超景深显微镜和原子力显微镜对蓝宝石表面形貌进行观测，对比了两种晶向蓝宝石的表面质量区别，引入表面破碎率作为评价蓝宝石表面破碎损伤的指标。使用MATLAB对拍摄后的蓝宝石表面图片进行图像处理，通过程序的编写计

4、算了表面破碎率值。分析了两种晶向蓝宝石表面形貌存在区别的原因，探究了工艺参数对表面破碎率的影响规律。3）采用截面显微法观测加工后蓝宝石的亚表面损伤，获得了研磨加工后产生的亚表面损伤深度值，使用裂纹的深度δ作为亚表面损伤深度的评价指标。对比两种晶向蓝宝石的亚表面损伤深度值，通过裂纹的产生和扩展情况揭示了两种晶向蓝宝石的材料去除机理；探究了研磨工艺参数对亚表面损伤深度的影响规律。关键词：单晶蓝宝石；研磨加工；表面破碎率；亚表面损伤；晶向-I-ABSTRACTSapphireisawidelyusedcrystalmaterialwithgoodphysical,opticaland

5、chemicalproperties.Atpresent,ithasbeenwidelyusedinoptics,aerospace,civilelectronicproductsandotherfields.Withtheincreasingdemandforsapphirematerials,higherrequirementsforsapphireprocessing(surfaceroughnessandmaterialremovalrate)arerequired.Inthispaper,thematerialremovalmechanismofsapphireiss

6、tudiedbyAandCtosapphire,andthegrindingandprocessingcharacteristicsoftwokindsofcrystaltosapphirearecompared.Theeffectofdifferentprocessparametersontheprocessingqualityofsapphireisobtained.Thedamageoftwokindsofcrystalsapphireinthegrindingprocessisanalyzed.Form.Thespecificresearchworkincludes:1

7、)TheexperimentofUltraprecisiongrindingofsapphirewithdiamondgrindingliquidwithparticlesizeofW2wascarriedout.Theeffectwasachievednearthenanoscalegrindingprocess.Thematerialremovalrateunderdifferentprocessparameterswasobtainedbymeasurementandcalculati