《KDP功能晶体微纳加工表层对其激光损伤阈值的影响机制研究》

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该项目针对聚变能源用KDP晶体、航天尖端设备用碳化硅(SiC)等材料难以获得纳米级加工精度与表面质量等关键问题,在国家自然基金面项目(50875066、50405011)等资助下,深入开展了如下主要研究:(1)难加工材料获得超光滑表面的脆塑转变机制;(2)纳米加工表面的获取机理;(3)晶体材料微纳加工表层与光学性能的映射关系;(4)难加工材料微纳表层的表面完整性及其评价方法。研究成果如下:(1)利用球形探针在纳米原位测量系统上获取了KDP等晶体的应力-应变曲线,理论推导KDP等晶体的最佳切削方向;获取了KDP晶体材料各向异性等机械特性对表面粗糙度的影响规律。(2)理论推导了软脆功能晶体材料微纳米切削时的脆塑转变临界条件理论公式,建立了该类材料微纳加工表层与其光学性能的映射关系及评价准则。(3)从理论上推导出了硬脆材料塑性域纳米磨削加工时影响超光滑表面形成的理论公式与脆塑转变临界磨削深度表达式。(4)系统地提出了三维表面粗糙度参数的谱矩表达方式,提出均方根斜率、均方根波长等参数的谱矩算法;获得了难加工材料纳米机械加工时零件表层残余应力等对其力学性能的影响规律。(5)修正了钛系难加工生物材料表面细胞黏附的Gibbs表面能计算公式,提出了有利于蛋白质吸附的最佳取向。该项研究成果为难加工材料纳米加工新理论体系的建立奠定了基础;部分研究成果已在中国激光核聚变装置(国家重大科学工程)中得到了应用,解决了该装置所用功能晶体零件超光滑表面获取机制与加工工艺等方面的技术难题。

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