【摘 要】
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磷酸盐激光玻璃因光学性能优异而作为理想的能量增益介质在高功率激光系统中广泛应用。高质量的加工表面能有效减少因玻璃表面缺陷造成的激光能量损耗。玻璃的表面加工方法通
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磷酸盐激光玻璃因光学性能优异而作为理想的能量增益介质在高功率激光系统中广泛应用。高质量的加工表面能有效减少因玻璃表面缺陷造成的激光能量损耗。玻璃的表面加工方法通常分为磨削、研磨和抛光,其本质是磨料在给定速度下与样品表面形成局部剪切摩擦从而产生材料去除。而加工速度是这几种加工方法中的一个重要参数,其一定程度上决定了玻璃的表面加工质量。因此,从摩擦学的角度出发,研究滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响及背后的作用机理,对其实际加工将具有重要的指导意义。 为此,本文采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,首先研究了潮湿环境中滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响规律,并借助拉曼光谱的检测结果分析和揭示了不同速度磨损背后潜在的磨损机理。在此基础上,对比研究了磷酸盐玻璃在干燥空气和潮湿空气两种气氛环境中不同速度下的摩擦磨损行为,发现了干燥环境中滑动速度对磷酸盐激光玻璃材料损伤和去除的影响规律和作用机理,并对滑动速度在两种不同气氛环境中作用的差异性进行了分析和讨论,根据上述研究,得到了以下结论: (1)由于两种气氛环境中不同速度下磨痕上磨屑的分布不同,其影响了玻璃表面的摩擦性能,故随着滑动速度的增加,磷酸盐激光玻璃在干燥空气和潮湿空气中的摩擦系数分别增加和降低;另一方面,由于潮湿空气中玻璃表面的吸附水膜具有一定的润滑作用,所以潮湿空气中的摩擦系数相比干燥情况下整体偏小。 (2)干燥空气中,材料的损伤以裂纹滋生和脆性剥落为主,且滑动速度的增加会促进裂纹的扩展,从而削弱了接触区的应力集中,一定程度上减小了磷酸盐玻璃的磨损;另一方面,低速时磷酸盐玻璃表面因磨屑的润滑作用而有效地减小了玻璃的磨损。因此,干燥空气中,随着滑动速度增加,磷酸盐激光玻璃的磨损体积先增大而后缓慢降低。 (3)潮湿空气中,玻璃表面的吸附水膜一方面可以起到润滑的作用,削弱界面间的剪切应力;另一方面水分子参与下的摩擦化学反应可以促进玻璃的材料去除。而随着滑动速度增加,空气中的水分子在接触界面的驻留时间变短,且高速滑动带来的摩擦升温使吸附水膜更难形成,从而削弱了水分子诱发的摩擦化学反应,造成高速时磷酸盐玻璃的磨损深度和体积减小。相比于干燥空气中的纯机械磨损,潮湿环境中以摩擦化学磨损为主的材料去除方式可以极大地促进磷酸盐玻璃的材料去除,同时又能减少机械作用过强造成的裂纹滋生和脆性剥落坑等缺陷的产生。
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