《超硬微結構表面的振動超精密磨-拋加工機理與技術基礎》是依託哈爾濱工業大學，由趙清亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超硬微結構表面的振動超精密磨-拋加工機理與技術基礎
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙清亮
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對未來民用工業產品和現代國防科技領域對微結構表面光學功能元件的確定性、低成本與柔性大批量複製生產的需求，本課題以碳化矽、碳化鎢和氮化矽等典型超硬模具材料作為被加工對象，圍繞超硬微結構表面的振動超精密磨-拋加工機理與技術基礎，運用理論研究與工藝實驗相結合的方法，研究超硬微結構表面的振動輔助超精密磨削加工，以及磨削後微結構表面的振動輔助確定性拋光加工機理與工藝實現技術，建立起超聲振動參數、超精密磨削、拋光工藝參數以及表面功能結構幾何因素與不同被加工超硬材料表層亞表層完整性之間的映射關係。並在此基礎上最佳化面向於不同超硬材料和不同微結構類型的超精密磨削與拋光工藝方法及精度穩定性控制方案，提出創新的超硬材料微結構表面高效率確定性超精密加工技術，從而為實現微結構表面光學功能元件的玻璃模壓複製加工用超硬模具，以及未來空間用輕質高強度碳化矽微結構表面光學元件的高效率確定性超精密加工奠定技術基礎
結題摘要
微結構光學功能表面具有便於設計者最佳化光學系統的優點，其不僅能夠實現光學元件重量和體積的大幅減小，使光學元件實現功能集成，同時還能夠實現普通光學元件難以達到的微小、陣列和波面轉換等新功能。因此，微結構表面光學功能元件在機械電子、航空航天、光電子以及光學領域都具有非常重要的套用價值和極其廣闊的套用前景。本項目將特種加工技術與超精密加工技術相結合，開發了適用於超硬微結構光學功能表面的超聲振動磨削系統，基於該系統開展了超硬微結構表面振動輔助磨削機理、加工應力仿真、異形金剛石砂輪修整、微結構亞表面損傷分析及工藝最佳化等一系列的研究工作，在碳化鎢、碳化矽、氮化矽等超硬材料上加工出了具有亞微米級形狀精度的微圓弧槽陣列、閃耀光柵陣列及金字塔矩陣。同時，為實現後續的拋光加工搭建了針對微結構表面的振動輔助拋光系統，並對微結構表面拋光過程的摩擦行為、材料去除機理及材料去除率模型展開了研究工作，在此基礎上對精密磨削後的典型微結構表面進行了振動輔助拋光工藝研究，實現了快速修正磨削後表面面形精度並達到納米級表面粗糙度的目的。本項目成功解決了由於碳化矽、碳化鎢和氮化矽等典型模具材料具有高硬度而導致很難獲得良好表面質量的問題；超聲振動的引入有效地解決了由於微結構表面具有離散性而導致普通精密磨削和拋光後微結構表面質量不均一性問題；基於電火花方法的異形砂輪精密修整有效地保證了砂輪的尺寸精度和形狀精度，從而解決了加工後微結構的內角處通常具有較大面形誤差的問題；超聲振動輔助拋光有效地解決了普通拋光面向超硬材料加工效率低的問題。本項目的完成實現了超硬微結構光學功能表面的確定性、高效率與高精度加工。 此外，在完成本項目的過程中同期進行了三個方面的拓展研究：（1）建立了三軸聯動工作檯的飛秒雷射微加工系統，分析了飛秒雷射參數如掃描速度(v)、脈衝能量(P)對SiC材料去除的影響規律，最佳化了微結構表面的飛秒加工參數，實現了面向於硬脆材料微結構表面的高效精密雷射加工；（2）開展了基於超短脈衝（飛秒及皮秒）雷射的超疏水微結構功能性表面加工，加工後的功能結構表面具有長時間的超疏水穩定性；（3）開發出了將超短皮秒脈衝雷射微加工技術與軟光刻微複製技術相結合的一種全新的加工工藝鏈方法，實現了功能表面的快速、高效、綠色加工的目標。
