Обеспечение качества поверхности анизотропных кристаллов за счет применения осциллирующих движений

Вследствие хрупкости и неоднородных свойств анизотропный кристалл является сложным материалом для обработки, в том числе и монокристалл KDP, применяемый как нелинейно-оптический элемент в сверхмощных лазерах. Выполнен анализ основных высокоточных методов, используемых для обработки монокристалла KDP: шлифования, микроточения и магнитореологической финишной обработки (полировки). Показано, что микроточение с применением осциллирующих движений режущей кромки инструмента позволяет улучшить производительность, повысить качество обработки и получить требуемую поверхность. Приведены примеры работ, где отмечена нецелесообразность использования шлифования из-за получаемых дефектов, ограничения микроточения для обеспечения низкой шероховатости, а также возникающие сложности магнитореологической финишной обработки. По результатам анализа на основе эмпирических данных предложено техническое решение в виде применения осциллирующих движений режущего инструмента, позволяющее расширить возможности традиционной обработки и повысить допустимую глубину резания при сохранении качества получаемой поверхности.
EDN: KKVCPP, https://elibrary/kkvcpp

Литература

[1] Fedder R.H., Robey H., Biesiada T. et al. Rapid growth of very large KDP and KD*P crystals in support of the national ignition facility. Proc. SPIE, 2000, vol. 4102, pp. 138–152, doi: https://doi.org/10.1117/12.405280

[2] Wang B.L., Gao H. Experimental study on KDP crystal polishing. Proc. SPIE, 2007, vol. 6722, pp. 67–91, doi: https://doi.org/10.1117/12.782683

[3] Fedder H., Geraghty P., Locke S. et al. NIF Pockels cell and frequency conversion crystals. Proc. SPIE, 2004, vol. 5341, pp. 121–140, doi: https://doi.org/10.1117/12.538482

[4] Xu Q., Wang J., Li W. et al. Defects of KDP crystal fabricated by single point diamond turning. Proc. SPIE, 1999, no. 3862, pp. 23–46, doi: https://doi.org/10.1117/12.361131

[5] Lu G.W., Sun X. Raman study of lattice vibration modes and growth mechanism of KDP single crystals. Cryst. Res. Technol., 2002, vol. 37, no. 1, pp. 93–99, doi: https://doi.org/10.1002/1521-4079(200202)37:1%3C93::AID-CRAT93%3E3.0.CO;2-3

[6] Fan D.Y., He X.T. Inertial fusion energy and laser divers. Exploration of Nature, 1999, vol. 18, pp. 31–37.

[7] Zhang X., Yang C. Sub-surface damage of ultra-thin monocrystalline silicon wafer induced by dry polishing. Electron. Mater. Lett., 2020, vol. 16, no. 4, pp. 355–362, doi: https://doi.org/10.1007/s13391-020-00226-z

[8] Wu D.J., Cao X.S., Gao H. et al. Surface damage analyse of KDP crystal grinding. Adv. Mat. Res., 2007, vol. 24–25, pp. 349–354, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.24-25.349

[9] Wu D.J., Wang В. Influence of grinding to the surface and subsurface quality of KDP crystal. Adv. Mat. Res., 2008, vol. 53-54, pp. 203–208, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.53-54.203

[10] Wu D.J., Cao X.S., Wang Q.G. et al. Damage detection and analysis of machined KDP crystal subsurface. Optics and Precision Engineering, 2007, vol. 15, no. 11, pp. 1721–1726.

[11] Kozlowski M.R., Thomas I., Edwards М. Influence of diamond turning and surface cleaning processes on the degradation of KDP crystal surfaces. Proc. SPIE, 1991, no. 1561, pp. 50–64, doi: https://doi.org/10.1117/12.50764

[12] Fuchs B.A., Hed Р.Р., Baker Р.С. Fine diamond turning of KDP crystals. Appl. Opt., 1986, vol. 25, no. 11, pp. 1733–1735, doi: https://doi.org/10.1364/ao.25.001733

[13] Namba Y., Kataqirl М., Nakatsuka М. Single point diamond turning of KDP inorganic nonlinear optical crystals for laser fusion. JSPE, 1998, vol. 64, no. 10, pp. 1487–1491, doi: https://doi.org/10.2493/jjspe.64.1487

[14] Jacobs S.D. Manipulating mechanics and chemistry in precision optics finishing. Sci. Technol. Adv. Mat., 2007, vol. 8, no. 3, pp. 153–157, doi: https://doi.org/10.1016/j.stam.2006.12.002

[15] Miao С., Shen R., Wang М. Et al. Rheology of aqueous magnetorheological fluid using dual oxide-coated carbonyl iron particles. J. Am. Ceram. Soc., 2011, vol. 94, no. 8, pp. 2386–2392, doi: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2011.04423.x

[16] Beier М., Scheiding S., Gebhardt А. Et al. Fabrication of high precision metallic freeform mirrors with magnetorheological finishing (MRF). Proc. SPIE, 2013, vol. 8884, art. 88840S, doi: https://doi.org/10.1117/12.2035986

[17] Wang С., Li X.Y., Ji F. The particle behavior analysis and design in the improvement of KDP finishing. Proc. SPIE, 2015, vol. 9532, art. 95321Z, doi: https://doi.org/10.1117/12.2186005

[18] [18] Jacobs S.D., Arrasmith S.R. Development of new magnetorheological fluids for polishing CaF2 and KDP. LLE Review, 1999, vol. 80, pp. 213–219.

[19] Peng X.Q., Jiao F.F. Novel magnetorheological figuring of KDP crystal. Chin. Opt. Lett., 2011, vol. 9, no. 10, pp. 10–22.

[20] Cao Y.H., Li С. Magnetically separable Fe3O4/AgBr hybrid materials: highly efficient photocatalytic activity and good stability. Nanoscale Res. Lett., 2015, vol. 10, art. 251, doi: https://doi.org/10.1186/s11671-015-0952-x

[21] Rumpf К., Granitzer Р. Magnetic interactions between metal nanostructures within porous silicon. Nanoscale Res. Lett., 2014, no. 9, art. 412, doi: https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-412

[22] Zhang X. A model to predict the critical undeformed chip thickness in vibration-assisted machining of brittle materials. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2013, no. 69, pp. 57–66, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2013.03.006

[23] Moriwaki T., Shamoto E., Inoue K. Ultraprecision ductile cutting of glass by applying ultrasonic vibration. CIRP Annals, 1992, vol. 41, no. 1, рp. 141–144, doi: https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61171-8