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| 石英玻璃表面改性后的力学特性分析 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-12-02 19:39:09 浏览次数： |
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石英玻璃具有纯度高、稳定性好、耐高温、耐辐照以及耐热震性等性质，因此被广泛应用于航天、能源、光电子、化工等领域。石英玻璃元件的精密和超精密加工技术，已成为先进制造技术领域的重要研究方向。石英玻璃属于硬脆材料，可加工性差，主要通过磨削、研磨、抛光等方法进行加工。传统的磨削方法对石英玻璃的材料去除方式主要是以脆性去除为主，容易产生微裂纹，很难形成纳米级的光学表面。为获得高质量、低损伤的石英玻璃加工表面，理论上要求磨削过程尽量在延性模式下进行，这就需要磨粒的切削深度小于脆－延性转化的临界切削深度，实现微米级甚至纳米级材料去除，因此在普通加工设备条件下石英玻璃延性域磨削难以实现，加工成本较高。
从材料去除能量角度来讲，要实现石英玻璃的材料去除，至少需要对材料施加能够破坏Si-O结合势能的能量，因此如果在磨削过程中能够弱化Si-O结合势能，将机械去除的能量降低，从而就可以降低由于材料脆性去除而产生的微裂纹，提高石英玻璃的加工质量。弱化Si-O的结合势能的最主要方法之一是化学改性法，即在磨削过程中通过磨削液或者砂轮结合剂成分对石英玻璃的化学作用，打破石英玻璃的微观网络结构，降低结合键的键能，从而实现对石英玻璃的延性域磨削。为实现这种动态平衡，磨削液成分对石英玻璃表面的化学改性作用起着至关重要的作用。
天津大学仇中军等通过利用Na2CO3溶液和石英玻璃成分发生化学反应的方法对石英玻璃表面进行改性，并基于纳米压痕法和划痕法对改性后的石英玻璃表面进行分析，研究改性后石英玻璃表面的力学性质和材料去除过程。通过纳米压痕实验表明，Na2CO3溶液中的OH-和石英玻璃发生化学反应，能够在石英玻璃表面生成厚度约为12nm非SiO2成分的物质薄膜，降低了石英玻璃表面硬度和弹性模量，5%、15%的Na2CO3溶液分别使石英玻璃表面硬度降低了４．４％和14.2%，使弹性模量分别降低了9.4%和12.0%，理论脆延转换临界磨削深度分别被提高了3.7和39.1%，从而提高了石英玻璃延性磨削的可操作性。 |
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