隨著光學(xué)、光電子學(xué)及數(shù)碼產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，K9玻璃已在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于K9玻璃屬于硬脆材料，在加工過(guò)程中極易發(fā)生脆性破壞，傳統(tǒng)加工技術(shù)難以獲得超光滑高質(zhì)量的表面。近年來(lái)，固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)以其工藝可控性強(qiáng)、加工效率高、加工成本低以及綠色環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文采用顯微硬度方法分析了化學(xué)機(jī)械研拋中研拋液對(duì)K9玻璃表層硬度的影響，采用失重法對(duì)固結(jié)磨料研拋K9玻璃的材料去除過(guò)程中的機(jī)械與化學(xué)作用進(jìn)行了分離，利用正交實(shí)驗(yàn)的方法研究分析了各加工參數(shù)對(duì)K9玻璃研磨和拋光的材料去除率及三維輪廓表面粗糙度影響，優(yōu)化K9玻璃的研磨拋光工藝。本文所完成的主要工作和研究成果如下：（1）研究了研拋液對(duì)K9玻璃的化學(xué)作用采用去離子水和研拋液分別浸泡K9玻璃，測(cè)量并比較浸泡后K9的維氏硬度和壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，根據(jù)所測(cè)數(shù)值進(jìn)一步計(jì)算出K9玻璃表面生成的變質(zhì)層厚度，驗(yàn)證了研拋液對(duì)K9玻璃的化學(xué)作用和變質(zhì)層厚度隨浸泡時(shí)間的變化規(guī)律。研究表明：研拋液對(duì)K9玻璃有比較劇烈的化學(xué)作用，可以在K9玻璃表面形成變質(zhì)層，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)變質(zhì)層的厚度逐漸增加但增加趨勢(shì)逐漸減緩

采用霧化施液化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）的方法,以材料去除速率和表面粗糙度為評(píng)價(jià)指標(biāo),選取適合硒化鋅拋光的磨料,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)比CeO2、SiO2和Al2O3三種磨料的拋光效果。結(jié)果顯示:采用Al2O3拋光液可以獲得的材料去除率,為615.19nm/min,而CeO2和SiO2磨料的材料去除率分別只有184.92和78.56nm/min。進(jìn)一步分析磨料粒徑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響規(guī)律,表明100nm Al2O3拋光后的表面質(zhì)量,粗糙度Ra僅為2.51nm,300nm Al2O3的去除速率,達(dá)到1 256.5nm/min,但表面存在嚴(yán)重缺陷,出現(xiàn)明顯劃痕和蝕坑。在相同工況條件下,與傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光相比,精細(xì)霧化拋光的去除速率和表面粗糙度與傳統(tǒng)拋光相近,但所用拋光液量約為傳統(tǒng)拋光的1/8,大大提高了拋光液的利用率。

為了提高微晶玻璃化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的材料去除速率(MRR),降低其表面粗糙度,利用自制的拋光液對(duì)微晶玻璃進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光,研究了4種含不同磨料(Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ce O2)的拋光液對(duì)微晶玻璃化學(xué)機(jī)械拋光MRR和表面粗糙度的影響.利用納米粒度儀檢測(cè)拋光液中磨料的粒徑分布和Zeta電位,利用原子力顯微鏡觀察微晶玻璃拋光前后的表面形貌.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同條件下,采用Ce O2作為磨料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)可以獲得的表面質(zhì)量,拋光后材料的表面粗糙度Ra=0.4 nm,MRR=100.4 nm/min.進(jìn)一步研究了拋光液中不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Ce O2磨料對(duì)微晶玻璃化學(xué)機(jī)械拋光的影響,結(jié)果表明,當(dāng)拋光液中Ce O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí),MRR達(dá)到185 nm/min,表面粗糙度Ra=1.9 nm;而當(dāng)拋光液中Ce O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),MRR=100.4 nm/min,表面粗糙度Ra=0.4 nm.Ce O2磨料拋光后的微晶玻璃能獲得較低表面粗糙度和較高M(jìn)RR.

磨粒流拋光主要用于小尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)化表面的光整精加工。針對(duì)磨料參數(shù)選取僅靠其定性選擇原則和經(jīng)驗(yàn),導(dǎo)致一些工況的磨料選取不合理而嚴(yán)重影響加工質(zhì)量的問(wèn)題,提出了一種磨料參數(shù)模糊優(yōu)選的方法。該方法基于模糊數(shù)學(xué)理論,采用模糊參數(shù)優(yōu)化建立了多目標(biāo)磨料參數(shù)優(yōu)選模型,結(jié)合磨料參數(shù)的選擇原則和磨料參數(shù)之間的影響建立了相對(duì)優(yōu)屬度矩陣和權(quán)向量,從而量化了不確定性因素。后,通過(guò)實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的合理性和可行性。 對(duì)磨料水射流拋光45鋼進(jìn)行了研究,分析了材料的去除機(jī)理,在已有材料去除模型基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn),對(duì)不同參數(shù)組合下磨料水射流加工45鋼的表面粗糙度、材料去除率進(jìn)行了MATLAB數(shù)據(jù)分析,同時(shí)從材料去除機(jī)理方面對(duì)磨料粒度、射流壓力、橫向進(jìn)給速度、靶距、噴嘴沖蝕角度等加工參數(shù)對(duì)于拋光表面質(zhì)量和材料去除率的影響程度和影響趨勢(shì)進(jìn)行了分析。終結(jié)合加工面表面粗糙度和材料去除率,選出45鋼拋光加工優(yōu)加工參數(shù)組合。