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。 n 3]y$wK 本书既是光学制造理论的梳理,也是现代光学制造技术与应用的汇总,涵盖了从光学制造工艺到光学元件性能评价等多方面的Z新理论与实践,是一部兼具理论、方法和实际应用价值的教科书和参考书。 6};oLnO
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7L6M#B[)e5 目录 # 0(\s@r. 致谢 K7Vr$,p 第Ⅰ部分基本相互作用——材料科学 aKy|$
{RC 第1章绪论 OY#_0p)i 1.1光学制造工艺/2 m>!#}EJ| 1.2光学制造工艺的主要特点/5 w6Q]?p+ 1.3材料去除机制/8 a+i+#*8wm 参考文献/10 DIAP2LR ? 第2章面形 Ei<:=6EX?8 2.1普雷斯顿方程/12 O5?Eb 2.2普雷斯顿系数/13 |{K:.x#^ 2.3界面摩擦力/16 `y#C%9# 2.4运动和相对速度/18 qh 3f 2.5压力分布/22 !/zj7z
! 2.5.1施加的压力分布/22 :<gk~3\ 2.5.2弹性抛光盘响应/23 I2T2'_I 2.5.3流体动力/24 UXJl;Mb 2.5.4力矩/26 )]R?v,9*D 2.5.5黏弹性和黏塑性抛光盘特性/29 YLo$n 2.5.6工件抛光盘失配/33 :
eFc.>KoD 2.6确定性面形/54 %R>S" 参考文献/57 <hbbFL}|% 第3章表面质量 >>Di 3.1亚表面机械损伤/63 sCl,]g0{ 3.1.1压痕断裂力学/63 t@n (a 3.1.2研磨过程中的亚表面机械损伤/76 eV0S:mit 3.1.3抛光过程中的SSD/91 +GS=zNw# 3.1.4蚀刻对SSD的影响/99 z;fSd 3.1.5最小化SSD的策略/107 qI^jwl|k 3.2碎屑、颗粒和残留物/108 /f<(K-o] 3.2.1颗粒/108 WRyLpTr- 3.2.2残留物/110 9iCud6H,h 3.2.3清洁策略和方法/112 EYG E#C;
d 3.3拜尔培层/114 mNel3J3
3.3.1通过两步扩散的钾渗透/116 }0RFo96)v 3.3.2化学反应性引起的铈渗透/118 dDbC0} x/ 3.3.3拜尔培层和抛光工艺的化学结构机械模型/122 :nUsC+oBS 参考文献/124 !.$P`wKr 第4章表面粗糙度 +GU16+w~E 4.1单颗粒去除功能/130 5.#9}] 4.2拜尔培层特性/137 uLljM{I 4.3浆料粒度分布/138 5qEdN 4.4抛光盘机械性能和形貌/141 "n,ZP@M;
4.5浆料界面相互作用/144 {B.]w9 4.5.1浆料岛和 E | 粗糙度/144 Q{hOn]" 4.5.2浆料中颗粒的胶体稳定性/148 8v
1%H8 4.5.3抛光界面处的玻璃抛光生成物堆积/150 pH%c7X/[3L 4.5.4抛光界面处的三种力/152 qu+2..3 4.6浆料再沉积/154 ~[q:y|3b 4.7预测粗糙度/157 p9WskYpm 4.7.1集成赫兹多间隙(EHMG)模型/157 )`7+o9& 4.7.2岛分布间隙(IDG)模型/164 q"<- 4.8降低粗糙度的策略/167 %iC63)(M 4.8.1策略1: 减少或缩小每粒子负载的分布/167 m0\}Cc 4.8.2策略2: 修改给定浆料的去除函数/168 {~g 参考文献/170 s'Gy+h. 第5章材料去除率 QvN
<uxm 5.1磨削材料去除率/173 p|V1Gh< 5.2抛光材料去除率/178 *+4iBpyiB 5.2.1与宏观普雷斯顿方程的偏差/178 F|`B2Gr 5.2.2宏观材料去除的微观/分子描述/179 5yi q# 5.2.3影响单颗粒去除函数的因素/185 z.HNb$; 参考文献/195 [F[<2{FQF 第Ⅱ部分应用——材料技术 G%R`)Z]8& Bjj^!T/# 第6章提高产量: 划痕鉴定和断口分析 t~K!["g G%jJ>T4 6.1断口分析101/200 r~_ /Jj g
'a? 6.2划痕辨识/204 E*CQG;^=N 4S9,
tc& 6.2.1划痕宽度/205 TbAdTmW A!Ct,%
6.2.2划痕长度/206 GSnHxs) )ZyuF(C& 6.2.3划痕类型/207 S_VncTIO 7d8qs%nA 6.2.4划痕密度/208 !&jgcw/E "gajBY 6.2.5划痕方向和滑动压痕曲率/208 ={@ @`yP^$ qgsE7 ] 6.2.6划痕模式和曲率/208 Yf)|ws?! SSbK[aR 6.2.7工件上的位置/209 <?7,`P:h[ GiO#1gA 6.2.8划痕辨识示例/209 Rn_W|" 7"NJraQ6 6.3缓慢裂纹扩展和寿命预测/210 L8xprHgL AaC1||?R 6.4断裂案例研究/213 M#=5u`h 4U;XqUY
/ 6.4.1温度诱发断裂/213 C*6)Ut ' 2$W,R/CLh 6.4.2带摩擦的钝性载荷/221 'Qq_Xn8
@:QdCG+ 6.4.3玻璃与金属接触和边缘剥落/223 (Cd{#j< 9`n)"r 6.4.4胶合导致碎片断裂/225 G$|;~'E v:Z4z6M- 6.4.5压差引起的工件失效/226 =/QU$[7X( SLjf<.S 6.4.6化学相互作用和表面裂纹/229
~
9~\f Sc$8tLDLj 参考文献/233 o"}&qA; pH l2!{z 第7章新工艺及表征技术 KPd C9H ^C)T M@+
7.1工艺技术/236 l(w vQO .A!0.M| !a&SB*%^I3 7.1.1刚性与柔性固定块/236 8u5
'g1M ie~fQ!rf 7.1.2浅层蚀刻和深蚀刻/240 fDEu%fUYZ LSu^#B 7.1.3使用隔膜或修整器进行抛光垫磨损管理/241 hB}h-i(u MAD}Tv\S7 7.1.4密封、高湿度抛光腔室/244 1mVVPt^6 7.1.5工程过滤系统/244 (p.3'j( 7.1.6浆液化学稳定性/246 1H,tP|s 7.1.7浆料寿命和浆料回收/250 .i&ZT}v3 7.1.8超声波抛光垫清洗/250 T'b/]&0Tio 7.2工件表征技术/252 K7xWE,y 7.2.1使用纳米划痕技术表征单颗粒去除函数/252 [kuVQ$) 7.2.2使用锥形楔片测量亚表面损伤/253 *xo;pe)9 7.2.3使用特怀曼效应进行应力测量/255 o|;eMO- 7.2.4使用SIMS对拜尔培层进行表征/255 YaNH.$.: 7.2.5使用压痕和退火进行表面致密化分析/256 Q6!v3P/h 7.2.6使用静态压痕法测量裂纹发生和扩展常数/258 7}cDGdr 7.3抛光或研磨系统表征技术/258 UUMdZ+7 7.3.1使用SPOS分析的浆料PSD末端结构/258 _:Jp*z 7.3.2使用共焦显微镜测量抛光垫形貌/259 mhi90J c 7.3.3使用zeta电位测量浆料稳定性/259 ~'NpM#A 7.3.4红外成像测量抛光过程中的温度分布/261 r -q3+c^+ 7.3.5使用非旋转工件抛光表征浆料空间分布和黏弹性研磨盘响应/261 6(J4IzZ 7.3.6使用不同盘面槽结构分析浆料反应性与距离/262 4]aiT8)) 参考文献/263 #3Ej0"A@-B 第8章新型抛光方法 ,c%K)KuPK. 8.1磁流变抛光/265 8hK P 8.2浮法抛光/271 Ed^uA+D 8.3离子束成形/273 <{cNgKd9 8.4收敛抛光/275 O%JsUKV 8.5滚磨抛光/279 ]Q4PbW 8.6其他子孔径抛光方法/285 wLOQhviI^- 参考文献/288 :K^gu%,&$ 第9章抗激光损伤光学元件 "7yNKO;W 9.1激光损伤前体/296 )b&-3$? 9.2减少激光光学元件中的SSD/300 ![@T iM 9.3高级缓解过程/301 R{)
Q1~H=q 参考文献/306 hH1lgc
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