大尺寸KDP晶体固结磨料线锯精密锯切关键技术研究

KDP晶体是大功率固体激光系统中无可替代的光电开关和倍频转换材料，但KDP晶体具有质软、脆性高、易潮解、对温度变化敏感、各向异性等特点。大尺寸KDP晶体在生长、出槽以及切片加工等过程中容易出现开裂现象。固结磨料线锯切片加工技术具有锯口损耗小、锯切应力低、能加工大尺寸晶体等优点，是解决大尺寸KDP晶体锯切开裂问题的最佳途径。 在对KDP晶体生长过程、物理特性和力学性能的研究的基础上，建立了KDP晶体的分析模型，获得了晶体内部应力场的精细分布，掌握了KDP晶体生长、出槽等过程的应力分布情况以及孔洞缺陷和杂质对生长、出槽应力分布的影响规律。 基于KDP晶体的物理特性，根据固结磨料线锯切割KDP晶体的锯切机理和材料去除机理，获得了固结磨料线锯切割KDP晶体的应力场、温度场分布。建立了大跨度锯丝振动的数学模型，得到了锯丝及锯切参数对锯丝振动的影响。 通过分析KDP晶体各向异性对锯切加工的影响，找到了锯切加工时的最佳切入方向；通过正交试验的方法得到了锯丝张紧力、进给速度、走丝速度等参数对KDP晶体锯切表面面型精度和表层质量的影响规律，获得了优化的锯切工艺参数；研究了切削液对锯切加工的影响，确定了适宜的锯切冷却液。 系统掌握了树脂结合剂固结磨料线锯丝制造技术。对树脂结合剂进行了改性，优化了树脂、磨料、添加剂等涂层材料的组分配比，获得了树脂结合剂固结磨料线锯丝制造工艺，研制了树脂结合剂固结磨料线锯丝制造装置。 根据树脂结合剂固结磨料线锯丝的失效机理，建立了线锯丝失效评价准则。提出了树脂结合剂固结磨料线锯丝锯切大尺寸KDP晶体的性能评价方法。 研究了KDP晶体缺陷的常用检测方法，建立了含缺陷的KDP晶体线锯切割数值计算模型，得到了锯切过程中缺陷附近的应力分布状态以及缺陷尺寸及分布位置对应力分布的影响。 根据大口径KDP晶体的锯切需求和锯切工艺方案分析，设计了大口径固结磨粒线锯床。

在惯性约束核聚变(ICF)工程以及受控核聚变装置(IFE)这一体现综合国力的重大科技计划中，大功率固体激光系统是其中的技术关键，大尺寸KDP晶体是大功率固体激光系统中无可替代的光电开关和倍频转换材料。本研究拟针对弹脆性大尺寸KDP晶体锯切易炸裂的问题，提出研究与大尺寸KDP晶体固结磨料线锯精密锯切相关的内应力分布、锯切机理、锯切表面质量、长锯丝制造等关键技术，实现对大尺寸KDP晶体的无开裂精密切割。课题将深入分析大尺寸KDP晶体内应力分布及开裂、炸裂的原因和机理，研究固结磨料线锯切割KDP晶体的材料去除机理，提出满足锯切无开裂、面型精度、表面及表层质量要求的优化锯切工艺参数，研究树脂结合剂固结磨料长锯丝的制造技术及其失效机理，为大尺寸KDP晶体的精密锯切加工和锯床设计提供理论依据，解决我国ICF工程发展的瓶颈问题，对我国的国防事业、清洁能源开发利用，具有重要的科学意义和工程应用价值。