光学制造中的材料科学与技术

本书为引进译著。作者全面梳理并总结了其团队在光学制造方面的研究结果。全书包括两大部分：第Ⅰ部分基本相互作用——材料科学，从摩擦学、流体动力学、固体力学、断裂力学、电化学等光学制造的基础理论出发，系统分析了从宏观到微观的材料去除过程，定量描述了光学制造中不同工艺参数与光学元件性能之间的关系。第Ⅱ部分应用——材料技术，详细叙述了工程应用的光学制造，汇总了现代光学制造中缺陷的检测和评价方法，剖析了多方面工艺优化的可行性，说明了各类新的抛光技术；针对高能激光系统要求的高损伤阈值光学元件，书末还给出了高能激光元件制作的关键工艺实例。

本书既是光学制造理论的梳理，也是现代光学制造技术与应用的汇总，涵盖了从光学制造工艺到光学元件性能评价等多方面的Z新理论与实践，是一部兼具理论、方法和实际应用价值的教科书和参考书。

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目录

致谢

第Ⅰ部分基本相互作用——材料科学

第1章绪论

1．1光学制造工艺／2

1．2光学制造工艺的主要特点／5

1．3材料去除机制／8

参考文献／10

第2章面形

2．1普雷斯顿方程／12

2．2普雷斯顿系数／13

2．3界面摩擦力／16

2．4运动和相对速度／18

2．5压力分布／22

2．5．1施加的压力分布／22

2．5．2弹性抛光盘响应／23

2．5．3流体动力／24

2．5．4力矩／26

2．5．5黏弹性和黏塑性抛光盘特性／29

2．5．6工件抛光盘失配／33

2．6确定性面形／54

参考文献／57

第3章表面质量

3．1亚表面机械损伤／63

3．1．1压痕断裂力学／63

3．1．2研磨过程中的亚表面机械损伤／76

3．1．3抛光过程中的SSD／91

3．1．4蚀刻对SSD的影响／99

3．1．5最小化SSD的策略／107

3．2碎屑、颗粒和残留物／108

3．2．1颗粒／108

3．2．2残留物／110

3．2．3清洁策略和方法／112

3．3拜尔培层／114

3．3．1通过两步扩散的钾渗透／116

3．3．2化学反应性引起的铈渗透／118

3．3．3拜尔培层和抛光工艺的化学结构机械模型／122

参考文献／124

第4章表面粗糙度

4．1单颗粒去除功能／130

4．2拜尔培层特性／137

4．3浆料粒度分布／138

4．4抛光盘机械性能和形貌／141

4．5浆料界面相互作用／144

4．5．1浆料岛和

粗糙度／144

4．5．2浆料中颗粒的胶体稳定性／148

4．5．3抛光界面处的玻璃抛光生成物堆积／150

4．5．4抛光界面处的三种力／152

4．6浆料再沉积／154

4．7预测粗糙度／157

4．7．1集成赫兹多间隙(EHMG)模型／157

4．7．2岛分布间隙(IDG)模型／164

4．8降低粗糙度的策略／167

4．8．1策略1： 减少或缩小每粒子负载的分布／167

4．8．2策略2： 修改给定浆料的去除函数／168

参考文献／170

第5章材料去除率

5．1磨削材料去除率／173

5．2抛光材料去除率／178

5．2．1与宏观普雷斯顿方程的偏差／178

5．2．2宏观材料去除的微观／分子描述／179

5．2．3影响单颗粒去除函数的因素／185

参考文献／195

第Ⅱ部分应用——材料技术

第6章提高产量： 划痕鉴定和断口分析

6．1断口分析101／200

6．2划痕辨识／204

6．2．1划痕宽度／205

6．2．2划痕长度／206

6．2．3划痕类型／207

6．2．4划痕密度／208

6．2．5划痕方向和滑动压痕曲率／208

6．2．6划痕模式和曲率／208

6．2．7工件上的位置／209

6．2．8划痕辨识示例／209

6．3缓慢裂纹扩展和寿命预测／210

6．4断裂案例研究／213

6．4．1温度诱发断裂／213

6．4．2带摩擦的钝性载荷／221

6．4．3玻璃与金属接触和边缘剥落／223

6．4．4胶合导致碎片断裂／225

6．4．5压差引起的工件失效／226

6．4．6化学相互作用和表面裂纹／229

参考文献／233

第7章新工艺及表征技术

7．1工艺技术／236

7．1．1刚性与柔性固定块／236

7．1．2浅层蚀刻和深蚀刻／240

7．1．3使用隔膜或修整器进行抛光垫磨损管理／241

7．1．4密封、高湿度抛光腔室／244

7．1．5工程过滤系统／244

7．1．6浆液化学稳定性／246

7．1．7浆料寿命和浆料回收／250

7．1．8超声波抛光垫清洗／250

7．2工件表征技术／252

7．2．1使用纳米划痕技术表征单颗粒去除函数／252

7．2．2使用锥形楔片测量亚表面损伤／253

7．2．3使用特怀曼效应进行应力测量／255

7．2．4使用SIMS对拜尔培层进行表征／255

7．2．5使用压痕和退火进行表面致密化分析／256

7．2．6使用静态压痕法测量裂纹发生和扩展常数／258

7．3抛光或研磨系统表征技术／258

7．3．1使用SPOS分析的浆料PSD末端结构／258

7．3．2使用共焦显微镜测量抛光垫形貌／259

7．3．3使用zeta电位测量浆料稳定性／259

7．3．4红外成像测量抛光过程中的温度分布／261

7．3．5使用非旋转工件抛光表征浆料空间分布和黏弹性研磨盘响应／261

7．3．6使用不同盘面槽结构分析浆料反应性与距离／262

参考文献／263

第8章新型抛光方法

8．1磁流变抛光／265

8．2浮法抛光／271

8．3离子束成形／273

8．4收敛抛光／275

8．5滚磨抛光／279

8．6其他子孔径抛光方法／285

参考文献／288

第9章抗激光损伤光学元件

9．1激光损伤前体／296

9．2减少激光光学元件中的SSD／300

9．3高级缓解过程／301

参考文献／306