YAG晶体研磨工艺与研磨后亚表面损伤研究

作者：马荣国 张庆礼 高进云 孙贵花 窦仁勤 韩松 张瑞 陈照 王小飞 张德明 孙彧 刘文鹏

单位：1.中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室2.中国科学技术大学3.先进激光技术安徽省实验室

关键词：钇铝石榴石晶体  研磨  亚表面损伤  材料去除率  表面粗糙度

分类号：

出版年,卷(期):页码：2023,51(3):767-774

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20220932

摘要：

YAG晶体是一种典型硬脆材料，莫氏硬度达8.5，常温下不溶于任何酸碱，加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工，本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法，在研磨过程中逐级减小碳化硼(B4C)磨料粒径，选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨，4种磨料的粒度范围依次为：40～28μm、28～20μm、14～10μm、7～5μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B4C质量分数等参数对研磨效果的影响，得出最佳研磨参数；通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度，确定后续抛光去除量，并探究了亚表面损伤深度h SSD与研磨后表面粗糙度Ra的关系。研究表明：当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B4C质量分数为15%时，每个研磨步骤均取得最好研磨效果：磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53μm/min，研磨后表面粗糙度Ra分别为0.763、0.489、0.264、0.142μm。截面显微法测量得出分步研磨后产生的亚表面损伤深度为3.041μm，需要在后续抛光中去除;此研磨参数下YAG晶体研磨后亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系为：h SSD=41.46×Ra4/3，该研究可为YAG晶体元件的实际加工生产提供指导。

基金项目：

国家自然科学基金(51802307)； 先进激光技术安徽省实验室开放研究基金项目(AHL20220ZR04,AHL2021KF07)； 安徽省科技重大专项项目(202203a05020002)；

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参考文献：

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