論文名稱：稀土氧化物激光晶體超精密磨削機(jī)理及工藝研究

論文作者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)/李琛

指導(dǎo)教師：張飛虎《研究領(lǐng)域：超精密加工與納米制造技術(shù)，包括難加工材料超精密加工機(jī)理及工藝、超精密加工裝備研制、光學(xué)非球面加工等。》

稀土氧化物激光晶體是制作固體激光器核心部件的首選材料，在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生脆性破碎和裂紋等損傷，這些損傷會(huì)嚴(yán)重影響激光器的輸出功率和使役壽命。實(shí)現(xiàn)稀土氧化物激光晶體的高效、高表面完整性加工成為固體激光器元件制造領(lǐng)域的瓶頸問題。針對(duì)典型的稀土氧化物激光晶體，基于從準(zhǔn)靜態(tài)納米壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)到高應(yīng)變率條件下的磨削實(shí)驗(yàn)、從材料力學(xué)性能和材料去除機(jī)理到形成超精密磨削加工工藝的研究思路，系統(tǒng)地開展了稀土氧化物激光晶體納米壓痕/劃痕以及超精密磨削等方面的研究工作，獲得了以下研究成果：

基于納米壓痕獲得了稀土氧化物激光晶體在超精密加工尺度的彈性回復(fù)率、納米硬度、彈性模量、斷裂韌性等力學(xué)性能和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。基于動(dòng)態(tài)納米劃痕闡明了應(yīng)變率效應(yīng)對(duì)微納加工尺度激光晶體損傷演變機(jī)制的影響規(guī)律：提高應(yīng)變率會(huì)導(dǎo)致磨粒與工件間的接觸應(yīng)力提高，使更多晶向發(fā)生晶面滑移，抑制長(zhǎng)滑移面生成，有效降低劃痕亞表面損傷深度，提高激光晶體加工過(guò)程的脆塑轉(zhuǎn)變深度。

實(shí)現(xiàn)了稀土氧化物激光晶體無(wú)裂紋損傷的完全塑性域磨削加工（表面粗糙度Ra值小于10 nm，亞表面損傷深度小于200 nm），從原子尺度和近原子尺度揭示了磨削誘導(dǎo)的稀土氧化物激光晶體塑性變形機(jī)理：當(dāng)工件與磨粒接觸應(yīng)力僅達(dá)到單一滑移系滑移所需的應(yīng)力時(shí)，材料傾向于沿單一滑移系滑移，并伴隨位錯(cuò)、層錯(cuò)、晶格扭曲等原子級(jí)塑性缺陷；當(dāng)接觸應(yīng)力達(dá)到多個(gè)滑移系滑移所需的應(yīng)力時(shí)，材料傾向于向多晶納米晶和非晶轉(zhuǎn)變形成塑性流動(dòng)。

建立了稀土氧化物激光晶體超精密磨削過(guò)程中磨削力和表面微觀形貌理論模型，從根本上理解了超精密磨削過(guò)程中磨粒與工件間的相互作用以及微納尺度磨削表面微觀形貌的創(chuàng)成機(jī)制，為激光晶體超精密磨削工藝參數(shù)的優(yōu)選提供了理論指導(dǎo)。

提出了激光晶體氧化石墨烯潤(rùn)滑輔助磨削加工技術(shù)，揭示了氧化石墨烯在激光晶體磨削過(guò)程中的微觀作用機(jī)理。與普通超精密磨削相比，氧化石墨烯潤(rùn)滑輔助磨削條件下工件表面粗糙度和摩擦系數(shù)分別降低了約25%和30%，為實(shí)現(xiàn)激光晶體的高效、低損傷磨削加工提供了新理論和新技術(shù)。