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玻璃、陶瓷和硅片和铁素体材料等硬脆性材料是制造微机电系统、光电子和光学元件以及医疗器械等的基本材料,对这些高硬度、高脆性和高熔点材料进行诸如微小图样加工、微细蚀刻、钻微孔等精密微细加工的需求正在不断增长。目前,传统的热加工、化学加工和机械加工技术,如化学腐蚀、激光加工、电子束加工、电火花加工和电化学加工等,均都不能充分满足精密微细加工这些材料时对加工效率、精度和加工重量(包括静电控制)等方面的要求。另外,这些加工技术对新材料(陶瓷、光学玻璃和复合材料)的加工有相当的局限性。在本课题组已有的研究基础上,本论文研究微磨料气射流的工艺和机理,详细实验并分析了喷射压力、喷射流量、喷射时间、喷射距离、喷射角度等因素对加工效果和效率的影响。 微磨料气射流冲击破碎玻璃的过程,可以用硬脆材料的冲击破碎机理来解释,磨粒在高速气流带动下对玻璃结构有一个很大的冲击,使得玻璃中原有的微裂纹扩展或在玻璃上形成新的裂纹,并扩展形成大的宏观裂纹,玻璃因此断裂破碎。在玻璃表层断裂破碎的玻璃碎,由于没有空间的限制,从而飞溅出去,在冲击区里层,断裂的玻璃碎由于没有空间排出,与冲击区的其它部分一起继续受到磨粒的微切削作用,形成粉屑。同时在冲击力区里层的裂纹在不断增加的压力作用下,会逐渐扩展到那些强度较低或具有缺陷的地方去,造成玻璃中的SiO4结构破碎。孔的边缘一圈为单颗粒冲击造成了轻微的点伤,越靠近孔的中心,去除的碎片就越多,到孔的中心时,达到最大值,这是因为喷束中心的喷速最大,两旁的喷速较小。当加工深度增达到一定程度,其相对加工压力就会变小,只有中心点的喷射压力还足够大,其最深处就会变得越来越尖。 本文重点研究了微磨料气射流法加工硬脆材料的效果和加工工艺。结果表明喷射距离、喷射压力和喷嘴类型对石英玻璃的加工影响最大,喷射距离过大或者压力过低均使得加工重量和效率相当低。喷射距离适当增大、喷射压力越大、喷射流量越大、喷射角度垂直、喷射时间适当延长等均可提高石英玻璃的加工效率或重量。研究结论显示:加工石英玻璃等硬脆材