基于MD方法的石英玻璃納米級(jí)加工機(jī)理研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展，很多高端領(lǐng)域?qū)τ诓牧系男阅芎图庸べ|(zhì)量的要求越來(lái)越高。石英玻璃由于其優(yōu)異的性能，所以在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用非常的廣泛。例如，高精尖的設(shè)備很多都會(huì)用到石英玻璃材料，而且對(duì)于石英玻璃的加工質(zhì)量有著極為嚴(yán)格的要求。因?yàn)槭⒉ＡУ拇嘤残砸约凹庸l件的限制，在加工石英玻璃的過(guò)程中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的表面及亞表面損傷，如裂紋等。目前，很多領(lǐng)域?qū)τ谑⒉ＡП砻尜|(zhì)量的要求都達(dá)到了納米級(jí)，而實(shí)驗(yàn)條件對(duì)于納米級(jí)加工的加工機(jī)理的研究存在很大的困難。所以

2、，仿真的方法為石英玻璃的納米級(jí)研究提供了一種可能性。在眾多的機(jī)械仿真方法里，分子動(dòng)力學(xué)（MD）仿真有著諸多的優(yōu)勢(shì)。本文就是采用分子動(dòng)力學(xué)的仿真方法對(duì)石英玻璃的加工機(jī)理進(jìn)行研究，輔以納米壓劃痕的實(shí)驗(yàn)研究。
　　通過(guò)研究不同深徑比對(duì)石英玻璃加工的影響，首先建立石英玻璃模型，測(cè)試模型的正確性。采用劃痕仿真研究深徑比對(duì)石英玻璃加工中切屑、彈性回復(fù)、溫度和磨削力的影響。當(dāng)?shù)毒甙霃揭欢〞r(shí)，隨著深徑比（h/r）的增大，切屑逐漸增大，系統(tǒng)溫度和磨

3、削力也增大。相同的磨削深度條件下，h/r越小，刀具半徑越大，越不容易產(chǎn)生切屑；在同樣的h/r條件下，刀具半徑越大，磨削深度越大，越容易產(chǎn)生切屑。
　　對(duì)石英玻璃進(jìn)行多次磨削加工，分別進(jìn)行無(wú)進(jìn)給磨削以及有進(jìn)給磨削。主要對(duì)石英玻璃加工表面的表面形貌、損傷層厚度、表層密度以及硬度進(jìn)行研究。多次的無(wú)進(jìn)給磨削顯示，表面損傷層厚度先減小后增大，最終趨向于穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)多次加工后，石英玻璃表面密度增大了10.7%到22.7%。一次無(wú)進(jìn)給磨削和二次進(jìn)

4、給磨削的平均密度較低，且二次磨削加工后的表面損傷層較為均勻。此外，硬度的變化趨勢(shì)與損傷層密度的變化規(guī)律相一致。
　　最后，采用壓痕儀對(duì)石英玻璃進(jìn)行納米壓劃痕試驗(yàn)，對(duì)劃痕后的表面形貌、作用力以及摩擦系數(shù)等進(jìn)行分析。劃痕結(jié)果顯示，在不同深度的劃痕過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)材料堆積現(xiàn)象。隨著劃痕深度的不斷增加，劃痕過(guò)程中正向力也是不斷增加的。石英玻璃的劃痕過(guò)程主要是塑性變形，正向力和切向力較為穩(wěn)定，摩擦系數(shù)平穩(wěn)，劃痕過(guò)程波動(dòng)較小。同一位置多次劃痕