論文名稱：稀土氧化物激光晶體超精密磨削機理及工藝研究

論文作者：哈爾濱工業大學/李琛

指導教師：張飛虎《研究領域：超精密加工與納米制造技術，包括難加工材料超精密加工機理及工藝、超精密加工裝備研制、光學非球面加工等。》

稀土氧化物激光晶體是制作固體激光器核心部件的首選材料，在加工過程中容易產生脆性破碎和裂紋等損傷，這些損傷會嚴重影響激光器的輸出功率和使役壽命。實現稀土氧化物激光晶體的高效、高表面完整性加工成為固體激光器元件制造領域的瓶頸問題。針對典型的稀土氧化物激光晶體，基于從準靜態納米壓痕和劃痕實驗到高應變率條件下的磨削實驗、從材料力學性能和材料去除機理到形成超精密磨削加工工藝的研究思路，系統地開展了稀土氧化物激光晶體納米壓痕/劃痕以及超精密磨削等方面的研究工作，獲得了以下研究成果：

基于納米壓痕獲得了稀土氧化物激光晶體在超精密加工尺度的彈性回復率、納米硬度、彈性模量、斷裂韌性等力學性能和應力應變關系。基于動態納米劃痕闡明了應變率效應對微納加工尺度激光晶體損傷演變機制的影響規律：提高應變率會導致磨粒與工件間的接觸應力提高，使更多晶向發生晶面滑移，抑制長滑移面生成，有效降低劃痕亞表面損傷深度，提高激光晶體加工過程的脆塑轉變深度。

實現了稀土氧化物激光晶體無裂紋損傷的完全塑性域磨削加工（表面粗糙度Ra值小于10 nm，亞表面損傷深度小于200 nm），從原子尺度和近原子尺度揭示了磨削誘導的稀土氧化物激光晶體塑性變形機理：當工件與磨粒接觸應力僅達到單一滑移系滑移所需的應力時，材料傾向于沿單一滑移系滑移，并伴隨位錯、層錯、晶格扭曲等原子級塑性缺陷；當接觸應力達到多個滑移系滑移所需的應力時，材料傾向于向多晶納米晶和非晶轉變形成塑性流動。

建立了稀土氧化物激光晶體超精密磨削過程中磨削力和表面微觀形貌理論模型，從根本上理解了超精密磨削過程中磨粒與工件間的相互作用以及微納尺度磨削表面微觀形貌的創成機制，為激光晶體超精密磨削工藝參數的優選提供了理論指導。

提出了激光晶體氧化石墨烯潤滑輔助磨削加工技術，揭示了氧化石墨烯在激光晶體磨削過程中的微觀作用機理。與普通超精密磨削相比，氧化石墨烯潤滑輔助磨削條件下工件表面粗糙度和摩擦系數分別降低了約25%和30%，為實現激光晶體的高效、低損傷磨削加工提供了新理論和新技術。