论文名称：稀土氧化物激光晶体超精密磨削机理及工艺研究

论文作者：哈尔滨工业大学/李琛

指导教师：张飞虎《研究领域：超精密加工与纳米制造技术，包括难加工材料超精密加工机理及工艺、超精密加工装备研制、光学非球面加工等。》

稀土氧化物激光晶体是制作固体激光器核心部件的首选材料，在加工过程中容易产生脆性破碎和裂纹等损伤，这些损伤会严重影响激光器的输出功率和使役寿命。实现稀土氧化物激光晶体的高效、高表面完整性加工成为固体激光器元件制造领域的瓶颈问题。针对典型的稀土氧化物激光晶体，基于从准静态纳米压痕和划痕实验到高应变率条件下的磨削实验、从材料力学性能和材料去除机理到形成超精密磨削加工工艺的研究思路，系统地开展了稀土氧化物激光晶体纳米压痕/划痕以及超精密磨削等方面的研究工作，获得了以下研究成果：

基于纳米压痕获得了稀土氧化物激光晶体在超精密加工尺度的弹性回复率、纳米硬度、弹性模量、断裂韧性等力学性能和应力应变关系。基于动态纳米划痕阐明了应变率效应对微纳加工尺度激光晶体损伤演变机制的影响规律：提高应变率会导致磨粒与工件间的接触应力提高，使更多晶向发生晶面滑移，抑制长滑移面生成，有效降低划痕亚表面损伤深度，提高激光晶体加工过程的脆塑转变深度。

实现了稀土氧化物激光晶体无裂纹损伤的完全塑性域磨削加工（表面粗糙度Ra值小于10 nm，亚表面损伤深度小于200 nm），从原子尺度和近原子尺度揭示了磨削诱导的稀土氧化物激光晶体塑性变形机理：当工件与磨粒接触应力仅达到单一滑移系滑移所需的应力时，材料倾向于沿单一滑移系滑移，并伴随位错、层错、晶格扭曲等原子级塑性缺陷；当接触应力达到多个滑移系滑移所需的应力时，材料倾向于向多晶纳米晶和非晶转变形成塑性流动。

建立了稀土氧化物激光晶体超精密磨削过程中磨削力和表面微观形貌理论模型，从根本上理解了超精密磨削过程中磨粒与工件间的相互作用以及微纳尺度磨削表面微观形貌的创成机制，为激光晶体超精密磨削工艺参数的优选提供了理论指导。

提出了激光晶体氧化石墨烯润滑辅助磨削加工技术，揭示了氧化石墨烯在激光晶体磨削过程中的微观作用机理。与普通超精密磨削相比，氧化石墨烯润滑辅助磨削条件下工件表面粗糙度和摩擦系数分别降低了约25%和30%，为实现激光晶体的高效、低损伤磨削加工提供了新理论和新技术。