大尺寸KDP晶體固結(jié)磨料線鋸精密鋸切關(guān)鍵技術(shù)研究

KDP晶體是大功率固體激光系統(tǒng)中無可替代的光電開關(guān)和倍頻轉(zhuǎn)換材料，但KDP晶體具有質(zhì)軟、脆性高、易潮解、對(duì)溫度變化敏感、各向異性等特點(diǎn)。大尺寸KDP晶體在生長(zhǎng)、出槽以及切片加工等過程中容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。固結(jié)磨料線鋸切片加工技術(shù)具有鋸口損耗小、鋸切應(yīng)力低、能加工大尺寸晶體等優(yōu)點(diǎn)，是解決大尺寸KDP晶體鋸切開裂問題的最佳途徑。 在對(duì)KDP晶體生長(zhǎng)過程、物理特性和力學(xué)性能的研究的基礎(chǔ)上，建立了KDP晶體的分析模型，獲得了晶體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的精細(xì)分布，掌握了KDP晶體生長(zhǎng)、出槽等過程的應(yīng)力分布情況以及孔洞缺陷和雜質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)、出槽應(yīng)力分布的影響規(guī)律。 基于KDP晶體的物理特性，根據(jù)固結(jié)磨料線鋸切割KDP晶體的鋸切機(jī)理和材料去除機(jī)理，獲得了固結(jié)磨料線鋸切割KDP晶體的應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布。建立了大跨度鋸絲振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，得到了鋸絲及鋸切參數(shù)對(duì)鋸絲振動(dòng)的影響。 通過分析KDP晶體各向異性對(duì)鋸切加工的影響，找到了鋸切加工時(shí)的最佳切入方向；通過正交試驗(yàn)的方法得到了鋸絲張緊力、進(jìn)給速度、走絲速度等參數(shù)對(duì)KDP晶體鋸切表面面型精度和表層質(zhì)量的影響規(guī)律，獲得了優(yōu)化的鋸切工藝參數(shù)；研究了切削液對(duì)鋸切加工的影響，確定了適宜的鋸切冷卻液。 系統(tǒng)掌握了樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料線鋸絲制造技術(shù)。對(duì)樹脂結(jié)合劑進(jìn)行了改性，優(yōu)化了樹脂、磨料、添加劑等涂層材料的組分配比，獲得了樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料線鋸絲制造工藝，研制了樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料線鋸絲制造裝置。 根據(jù)樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料線鋸絲的失效機(jī)理，建立了線鋸絲失效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。提出了樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料線鋸絲鋸切大尺寸KDP晶體的性能評(píng)價(jià)方法。 研究了KDP晶體缺陷的常用檢測(cè)方法，建立了含缺陷的KDP晶體線鋸切割數(shù)值計(jì)算模型，得到了鋸切過程中缺陷附近的應(yīng)力分布狀態(tài)以及缺陷尺寸及分布位置對(duì)應(yīng)力分布的影響。 根據(jù)大口徑KDP晶體的鋸切需求和鋸切工藝方案分析，設(shè)計(jì)了大口徑固結(jié)磨粒線鋸床。

在慣性約束核聚變(ICF)工程以及受控核聚變裝置(IFE)這一體現(xiàn)綜合國(guó)力的重大科技計(jì)劃中，大功率固體激光系統(tǒng)是其中的技術(shù)關(guān)鍵，大尺寸KDP晶體是大功率固體激光系統(tǒng)中無可替代的光電開關(guān)和倍頻轉(zhuǎn)換材料。本研究擬針對(duì)彈脆性大尺寸KDP晶體鋸切易炸裂的問題，提出研究與大尺寸KDP晶體固結(jié)磨料線鋸精密鋸切相關(guān)的內(nèi)應(yīng)力分布、鋸切機(jī)理、鋸切表面質(zhì)量、長(zhǎng)鋸絲制造等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸KDP晶體的無開裂精密切割。課題將深入分析大尺寸KDP晶體內(nèi)應(yīng)力分布及開裂、炸裂的原因和機(jī)理，研究固結(jié)磨料線鋸切割KDP晶體的材料去除機(jī)理，提出滿足鋸切無開裂、面型精度、表面及表層質(zhì)量要求的優(yōu)化鋸切工藝參數(shù)，研究樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料長(zhǎng)鋸絲的制造技術(shù)及其失效機(jī)理，為大尺寸KDP晶體的精密鋸切加工和鋸床設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，解決我國(guó)ICF工程發(fā)展的瓶頸問題，對(duì)我國(guó)的國(guó)防事業(yè)、清潔能源開發(fā)利用，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。