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超精密磨削YAG晶体的脆塑转变临界深度预测

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钇铝石榴石(YAG)晶体是制造固体激光器的重要材料,超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法,研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用.为了实现YAG晶体低损伤磨削加工,获得高质量表面,基于弹塑性接触理论和压痕断裂力学,通过分析单磨粒划擦作用下材料表面的变形过程,考虑材料的弹性回复、微观下力学性能的尺寸效应,建立了脆塑转变临界深度的预测模型,并计算得到YAG晶体的脆塑转变临界深度为66.7 nm.在此基础上,通过不同粒度砂轮超精密磨削YAG晶体试验对建立的脆塑转变临界深度预测模型进行验证,并计算不同粒度砂轮在相应工艺条件下的磨粒切深.结果表明,磨粒切深高于脆塑转变临界深度时,YAG晶体磨削表面材料以脆性方式被去除,磨削表面损伤严重;磨粒切深低于脆塑转变临界深度时,磨削表面材料以塑性方式被去除,能够获得高质量磨削表面,加工表面粗糙度达到1 nm.建立的脆塑转变临界深度预测模型能够为YAG晶体的低损伤超精密磨削加工提供理论指导.
Prediction of brittle-to-ductile transition depth in ultra-precision grinding YAG crystals

YAG crystalnano-indentationnano-scratchbrittle-to-ductile transitionultra-precision grinding

敖萌灿、黄金星、曾毓贤、吴跃勤、康仁科、高尚

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大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室,辽宁大连 116024

华侨大学制造工程研究院,福建厦门 361021

超精密磨削 YAG晶体 纳米压痕 纳米划痕 脆塑转变

国家重点研发计划国家自然科学基金国家自然科学基金

2022YFB36059025197509151991372

2024

10.37188/OPE.20243201.0084

光学精密工程
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会

光学精密工程

CSTPCD北大核心
影响因子：2.059
ISSN：1004-924X
年,卷(期)：2024.32(1)
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