KDP晶体潮解机理及材料溶解可加工性试验研究

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KDP作为一种优质的非线性光学晶体,在惯性约束聚变固体激光驱动器、强激光武器和核武器设备等激光和非线性光学领域都具有广泛应用,但由于其具有软脆、易潮解、对温度变化敏感等特点,给高质量的加工要求带来了极大的困难,目前被公认为最难加工的光学零件之一。为了探索软脆功能晶体材料KDP的超精密加工新方法,本文从KDP晶体易潮解的性质出发,研究晶体潮解的机理,并在此基础上试验用不同的加工方法加工晶体,分析比较各工艺条件对加工表面质量的影响。本文首先通过模拟不同的温湿环境,观察KDP晶体在各种环境中的潮解情况,用拉曼散射光谱方法分析了潮解后生成产物成分,用X射线衍射的方法分析了产物晶体类型,用高倍三维光学显微镜观测了晶体潮解后微观三维形貌,在总结大量潮解情况基础上,给出潮解程度的衡量指标。结果表明,KDP晶体在一定的潮湿空气中发生潮解,潮解初期以潮解点的形式存在,潮解过程属于物理溶解过程,不发生化学反应,潮解后晶体表面产物是KH2PO4盐,这些潮解点是由析出的不同方向的单晶堆积而成的圆形小凸包,直径约几微米甚至十几微米,高度约1微米,而严重潮解后会在晶体表面产生不规则形貌的腐蚀坑。其次,以温度、相对湿度和表面粗糙度为参考变量,进行单因素试验,研究其对晶体潮解速率的影响,结果表明,当相对湿度达到临界值后晶体发生潮解,随着温度和相对湿度的升高,潮解速度加快,而且有越来越快的趋势,表面质量越差的晶体,越会先发生潮解。最后,基于材料溶解的原理进行晶体材料加工新方法的探索,分别采用去离子水、酒精和二氧化硅混合溶胶为抛光液抛光晶体,比较工艺参数变化对材料去除率和加工表面质量的影响,并从理论上对化学方法抛光晶体的试验可行性进行了分析。结果表明,用去离子水进行抛光时材料去除率大,十分喜人,但表面质量不高,用现有的加工条件能得到表面粗糙度约为50nm的晶体,但通过改善试验条件,有提高表面质量的可能性。而用酒精和二氧化硅混合溶胶为抛光液进行抛光时,发现加工后的晶体表面粗糙度可达5nm,说明此法加工软脆晶体时可行。
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