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磷酸二氢钾（KH2PO4）晶体,简称KDP晶体,具有优异的物理性能,包括倍频效应、电光效应、压电效应、易于实现相位匹配、透光波段较宽及光学均匀性优良。而且,用快速生长技术可以获得大尺寸的KDP晶体（420mm×420mm）。因此,KDP晶体优异的综合性能使其在众多非线性光学晶体中脱颖而出,被广泛应用于激光变频、电光调制、声光调制、高速Q开关、参量振荡、压电换能器等高新技术领域。尤其,大口径KDP晶体作为开关和倍频元件在激光惯性约束核聚变装置中起到了不可替代的作用。为了输出高的激光能量,要求KDP晶体元件具有超光滑的表面和低的亚表面损伤。然而,由于KDP晶体的硬度低、脆性大导致超精密加工过程中经常在表面/亚表面出现破碎及裂纹损伤,严重地降低了KDP晶体元件的激光损伤阈值。所以,为了抑制KDP晶体的脆性断裂等损伤缺陷必须实现该晶体的延性域加工。但是,目前对KDP晶体塑性变形的机理与评价指标、脆–塑转变的临界应力条件等相关基础问题还不清楚,从而制约了KDP晶体低损伤加工技术的发展。为此,本论文以KDP晶体的纳米力学特性作为研究对象,采用先进的纳米力学性能测试方法和材料微观结构表征技术深入地研究了KDP晶体的塑性变形机理、脆–塑转变规律、延性去除行为及飞切亚表面损伤等系列问题。这对发展KDP晶体的低损伤加工技术具有重要的意义。纳米压痕实验中的pop-in和蠕变现象表明KDP晶体具有塑性变形的能力。在塑性变形阶段KDP晶体受到的应力随压痕深度的增加具有先增加再减小而后再增加的变化规律,即应力与压痕深度具有非线性的变化关系。其中,加载率对KDP晶体的塑性变形影响很小;载荷与压头形状对KDP晶体的塑性变形具有明显的影响。位错滑移是KDP晶体产生塑性变形的主要机理,当位错塞积产生的应力超过KDP晶体的强度极限后塑性变形转成脆性断裂。这为实现KDP晶体的延性域切削奠定了理论基础。纳米刻划实验表明KDP晶体凭借位错运动可以产生延性去除。KDP晶体的去除特性主要体现在:侧向力随着法向力的增加而增加,但是法向力越大KDP晶体的延性去除越困难;压头形状对侧向力的影响规律与施加法向力的大小密切相关。KDP晶体的摩擦特性包括:在玻氏压头作用下法向力对摩擦系数的影响很小;在球形压头和圆锥压头作用下摩擦系数随着法向力的增加而增加;当施加的法向力较小时球形压头对应的摩擦系数最小,而当施加的法向力较大时玻氏压头对应的摩擦系数最小。纳米刻划过程中KDP晶体受到的摩擦力主要来源于材料的弹塑性变形。这为理解KDP晶体的超精密切削机理提供了理论指导。KDP晶体飞切表面的纳米力学性能低于无损伤表面上的纳米力学性能。主要体现在:飞切表面比无损伤表面的KDP晶体更加易于产生弹塑性变形,KDP晶体飞切表面的弹性模量和硬度低于无损伤表面的弹性模量和硬度。这意味着飞切后亚表面的KDP晶体产生了微结构损伤。另外,飞切使亚表面KDP晶体的力学性能各向异性降低。纳米刻划实验表明飞切改善了亚表面KDP晶体的可加工性,从而减小了去除时的侧向力。这为改进KDP晶体的超精密切削工艺提供了新的思路。提出了利用掠入射X射线衍射技术检测KDP晶体亚表面损伤的方法。KDP晶体飞切的亚表面损伤分为两种类型:一种是塑性变形层;另一种是塑性变形和裂纹的混合层,并且塑性变形层在裂纹层之上。KDP晶体飞切亚表面损伤的主要形成机理是:在外应力作用下位错沿滑移系运动引起塑性变形损伤,塑性变形区下方的拉应力超过KDP晶体的强度极限后产生裂纹损伤。当亚表面只有塑性变形时可以基于损伤区与基体的应变差来测量亚表面损伤深度;当亚表面存在裂纹时可以基于最后一个漂移峰对应的掠入射角来测量亚表面损伤深度。这对发展KDP晶体的低损伤加工技术具有重要的意义。