大气感应耦合等离子体射流加工中热影响及对策研究

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1、硕士学位论文大气感应耦合等离子体射流加工中热影响及对策研究RESEARCHONTHERMALEFFECTANDCOUNTERMEASUREOFATMOSPHERICINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAPROCESSING季鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG669学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文大气感应耦合等离子体射流加工中热影响及对策研究硕士研究生：季鹏导师：胡振江副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018

2、年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG669U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHERMALEFFECTANDCOUNTERMEASUREOFATMOSPHERICINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAPROCESSINGCandidate：JiPengSupervisor：A.Prof.HuZhenjiangAcademicDegreeAppliedfor：Masterof

3、EngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要为了满足惯性约束聚变、空间观测、航空航天等科学工程中对光学元件加工效率、制造精度的要求，光学加工领域发展了许多超光滑表面加工技术，诸如离子束加工

4、、磁流变抛光以及气囊抛光等。作为一种基于化学反应的新型加工方式，大气等离子体加工技术通过激发活性粒子与元件表面进行反应实现材料去除，具有加工效率高、不产生损伤层以及成本低等优势。目前，大气等离子体源具有诸多种类，包括容性耦合等离子体、感应耦合等离子体等。相较于前者，一方面，感应耦合等离子体的激发可以避免电极污染，且形成的等离子体射流能量高，材料去除率可以大大提升。另一方面，等离子体射流的高温高焓特性引发的热影响又制约着光学元件的高精度加工。基于传热理论，本文对元件温度场依次开展了模型建立、仿真分析、实验验

5、证等各个方面的研究，随后通过实验总结了热影响规律，以实现保形加工为目标，结合仿真进行参数控制，从而给出避免热影响的有效方法。首先，以广义低温等离子体加工中的能量平衡为基础，选择合适的边界条件，建立了射流加工中的传热模型；通过FLUENT有限元分析软件，结合流场传热理论，对元件表面射流特性进行了分析；开展稳态测温实验，完成了不同加工条件下元件表面接受的热流密度的标定。然后，以COMSOL软件为平台，对射流作用下元件内部的温度场变化进行了动态分析；通过参数化扫描完成了射流加工中的常用参数对元件温度的影响分析；

6、为了进一步对降低加工过程中元件表面温度，提出了两种降温方式，并通过仿真分析了其有效性。最后，通过实验对传热模型的动态温度预测进行了验证，并进行了误差分析；开展了工艺实验，总结了加工过程中温度对元件面形、去除效率产生的热影响规律；为实现保形加工中的均匀去除，结合温度场仿真，提出基于参数控制的热影响对策，并通过实验进行了验证。关键词：大气感应耦合等离子体；熔石英；热影响；温度；仿真-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInordertomeetthedemandofhighefficiencya

7、ndhighprecisionintheopticalmanufacturingrequestedbythescienceengineeringsuchasInertialConfinementFusion,spaceobservation,aerospacefield,etc,therearemanyultra-smoothsurfacemachiningtechnologiesintheopticalfabrication.Asanewinnovativetechnologybasedontheche

8、micalreaction,atmosphericplasmaprocessingtechnologyhastheadvantagesofhighprocessingefficiency,nodamagelayerandlowcostbyusingthereactionbetweentheactivatedparticlesandmaterialstorealizetheremovalofmaterials.Atpresent