N31型磷酸鹽激光玻璃干態(tài)-水環(huán)境下摩擦學(xué)行為研究.pdf

1、磷酸鹽激光玻璃作為一種優(yōu)異的激光能量放大介質(zhì)，被大量地用于包括美國“國家點(diǎn)火裝置”和我國“神光”裝置在內(nèi)的眾多高功率激光系統(tǒng)中。磷酸鹽激光玻璃的表面成形加工通常包括精密磨削、研磨和拋光等過程，這些加工的本質(zhì)是利用磨料和玻璃表面間的剪切磨損造成玻璃局部材料去除。然而由于以上加工過程通常在拋光液或冷卻液環(huán)境中進(jìn)行，因此液體中的水分子將不可避免的作用于加工過程中，進(jìn)而對材料去除造成影響。
　　為此，本文采用直線往復(fù)摩擦方式，定性研究了不

2、同試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)載荷下磷酸鹽激光玻璃材料的去除規(guī)律和損傷特性。首先采用高二氧化硅含量的硅酸鹽玻璃球作為對摩副，在開放式大氣環(huán)境中著重探討載荷對磷酸鹽玻璃摩擦磨損性能的影響；其次，在此基礎(chǔ)上，采用石英球作為對摩副揭示液態(tài)水對磷酸鹽玻璃材料去除和損傷的影響規(guī)律；最后著重分析了兩環(huán)境中磷酸鹽玻璃的磨損機(jī)理，著重強(qiáng)調(diào)了由水參與的摩擦化學(xué)反應(yīng)在磷酸鹽玻璃磨損中的作用。基于以上研究，本文得到以下主要結(jié)論：
　?。?）大氣下，載荷是引起磷酸鹽玻

3、璃在摩擦磨損過程中材料去除方式改變的最顯著的影響因素。隨著載荷的增加，穩(wěn)定磨損階段的摩擦系數(shù)逐漸減小，磷酸鹽激光玻璃的磨損體積先急劇增加后緩慢增加，同時(shí)磨損機(jī)理經(jīng)歷從磨粒磨損為主到磨粒磨損和裂紋滋生并存最后到脆性剝落為主的轉(zhuǎn)變過程。進(jìn)一步分析顯示，在該實(shí)驗(yàn)條件下磷酸鹽玻璃表面磨損區(qū)域未發(fā)生明顯的摩擦化學(xué)反應(yīng)。該研究為后續(xù)干燥空氣和水環(huán)境中試驗(yàn)的開展提供了參考。
　?。?）應(yīng)力腐蝕不能促進(jìn)磷酸鹽激光玻璃的材料去除。水環(huán)境中磷酸鹽激光

4、玻璃的磨損體積和深度均比干燥空氣中小，且隨著載荷的增加，水環(huán)境中磨損體積和干燥空氣中磨損體積的差值△V逐漸增大。進(jìn)一步分析表明水分子不僅不促進(jìn)磷酸鹽玻璃的材料去除，反而對此材料的磨損起抑制作用。
　?。?）水環(huán)境下，磷酸鹽激光玻璃的損傷是以摩擦化學(xué)反應(yīng)為主導(dǎo)機(jī)械作用并存的結(jié)果。研究表明，水環(huán)境中磷酸鹽玻璃存在離子交換的水化反應(yīng)和網(wǎng)格破壞的水解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中堿金屬離子與二氧化硅在水分子的作用下生成了膠狀硅酸鹽覆蓋在玻璃表面，阻礙了