亲水性固结磨料研磨抛光垫的自修正机理及其实现

自修正功能是亲水性固结磨料研磨抛光垫（FAP）的突出优点。本项目针对亲水性FAP的工况，提出与FAP加工性能相关的抛光垫特征指标及其相应表征方法；分析FAP表面各特征元素（磨粒、磨粒脱落坑以及基体）的图像信号特征，实现上述特征元素的自动识别；探索磨粒表面覆层的形态与厚度对FAP磨粒支持率与加工性能的影响规律；从FAP特征指标中筛选三项关键指标，探索关键指标处于何范围时，FAP具有自修正功能；综合关键指标与容屑空间概念，提出亲水性FAP（半）定量的自修正过程模型；探索FAP研磨抛光时亚表面损伤的特点及其形成机理，实现光学元件的低（无）亚表面损伤加工。为亲水性FAP的制备与应用提供理论指导。

自修正特性是亲水性FAP的突出特点，其自修正过程的定量表述是指导亲水性FAP参数设计和加工工艺参数制订的基础。本项目主要开展了五个方面的研究，分别为：亲水性FAP的特征指标及其评价方法；FAP表面各种特征元素的图像特征识别及磨粒保持率的计算；磨粒的表面镀覆工艺及其对磨粒支持率的影响；亲水性FAP自修正的实现机理及抛光工艺优化；亲水性FAP抛光加工的亚表面损伤形成机理。项目开展过程中，采用基体溶胀率、砂浆磨损率、摆式硬度；磨粒保持率、孔隙率、弹性模量等参数来表征FAP的特征指标，探索了其评价方法及工艺参数对其指标性能的影响规律。分析了磨粒、磨粒脱落坑以及聚合物基体的图像信号特征差异，实现了磨粒保持率的自动计算，在此基础上，大致估算了研抛过程中FAP的容屑空间。采用非均匀形核法，在磨料表面沉积一层氧化铝（氧化镍）多孔层，探索了工艺参数对镀层形貌及磨料保持率和加工性能的影响规律，比较了不同镀层条件下FAP磨粒支持率与FAP的加工特性。分别选择金刚石粒径、孔隙率、研磨压力、研磨垫中铜粉含量、研磨液中三乙醇胺含量等作为关键参数，获得了上述参数与材料去除率变化（自修正指标）之间的回归关系，为FAP的参数设计提供理论指导，优化了FAP的研磨抛光工艺参数。采用LS-DYNA软件，模拟金刚石压头压入K9工件时裂纹的萌生与扩展过程，并用“循环抛光腐蚀法”获得了不同载荷下金刚石压头在工件亚表面形成的裂纹长度，提出了“BOE分步法”来测量研抛条件下工件的亚表面损伤层深度，利用台阶仪在高度方向的高分辨率提高测量精度，探索了工艺参数对其亚表面损伤的影响规律，实现光学玻璃的低亚表面损伤加工。.项目执行期间，发表学术论文26篇，其中，SCI收录5篇，EI收录17篇；毕业博士研究生3名，硕士研究生11名，在站博士后2名；申请发明专利5篇，实用新型专利1项，其中3项发明专利获得授权，1项实用新型专利授权；参加国际学术会议6人次，2次担任分会主席。