石英玻璃的等离子体抛光技术研究现状

具有耐腐蚀、热膨胀系数低等诸多优良物理化学特性的石英玻璃在高性能光学系统中被广泛使用。要求元件达到纳米级别的表面粗糙度，而且没有损伤层和残余应力，因此精加工之后的超精密抛光工序尤为重要。本文介绍了气囊、磁流变、弹性发射、离子束等几种石英玻璃的精密抛光方法，侧重阐述了国内外等离子体的抛光技术，包括等离子体辅助化学刻蚀、等离子体喷射加工、等离子化学蒸发加工研究进展及取得的成果；且对等离子体的未来发展进行概述。     

半球谐振子疲劳寿命分析与仿真

半球谐振子的寿命和损伤是直接影响高精度半球谐振陀螺使用时长和安全性的重要因素。目前国内加工的半球谐振子所用的熔融石英玻璃材料主要依靠进口，采用传统的疲劳寿命实验确定方法成本过于昂贵，因此需要利用疲劳分析软件对半球谐振子的疲劳寿命进行分析。文章通过半球谐振陀螺应力分析，采用ANSYS软件对熔融石英半球谐振子进行应力分析仿真，确定因残余应力所引起的疲劳危险部位，并在疲劳部位进行裂纹扩展分析，得到 、 和 型应力强度因子，以使在半球谐振子结构设计和使用过程中对易疲劳的部位进行有效监控和预防。     

熔融石英玻璃超高速撞击的数值模拟与分析

熔融石英玻璃是航天器舷窗部件的主要构件,文章采用了两种计算方法(即经典的有限元算法以及新兴的sph算法)对石英玻璃受到铝球弹丸超高速(速度范围为1～10km/s)撞击后的损伤及破坏情况进行了数值模拟.通过与实验结果的比较,总结出一种较适合超高速撞击问题的计算方法,并分析了弹丸的直径及撞击速度对损伤效果的影响.     

质子辐照对石英玻璃光学性能的影响

文章研究了不同注量与辐照能量的质子对JGS3石英玻璃辐照前后光学性能的影响,并对其规律进行了初步探讨。实验中采用UV-3101PC分光光度计对辐照前后石英玻璃的光学性质进行测量。研究结果表明:质子辐照使该玻璃产生着色现象,在200～800 nm波长范围内产生了明显的光吸收;辐照注量和辐照能量均对石英玻璃光吸收有影响,其中辐照注量的影响更加明显。     

热压工艺对SiO2f／SiO2复合材料结构与力学性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了SiO2短纤维补强增韧的SiO2玻璃陶瓷基复合材料，研究了烧结温度和保温时间对其显微结构和力学性能的影响规律，结果表明，SiO2f/SiO2复合材料的强度和韧性较石英玻璃有明显改善；延长热压保温时间、提高烧结温度、虽有利于材料致密化，但析晶量增加和纤维退化更严重，复合材料的强度和断裂韧性随之下降。     

航天器舷窗玻璃超高速撞击损伤与M/OD撞击风险评估

用北京卫星环境工程研究所的18mm口径二级轻气炮(TLGG)和20 J激光驱动微小飞片装置(LDFF-20)对用作航天器舷窗玻璃的熔融石英玻璃的超高速撞击损伤特性进行了实验研究和分析.其中,TLGG发射的球形铝弹丸直径分别为1 mm和3 mm,速度2～6.5 km/s;LDFF-20发射的圆柱形飞片厚度7 μm,直径1 mm,速度1～8.3 km/s.撞击结果为:对12 mm厚的熔融石英玻璃,直径为3mm的弹丸甚至在2.8 km/s的低速下就将其穿透,而直径为1 mm的弹丸在6.5km/s的高速下没有穿透,这说明弹丸直径对撞击损伤特性有很强的影响;LDFF-20发射的微小飞片的撞击仅在玻璃表面产生很浅的凹坑,没有裂纹产生,但微小飞片的累积撞击损伤明显地降低了玻璃的透光性.实验初步获得了侵彻深度PC、侵彻直径D1与弹丸撞击速度Vp、弹丸质量Mp之间的经验关系.依据实验结果和目前的微流星体/空间碎片(M/OD)环境工程模型,建议对于高度为400 km、轨道倾角42°、寿命为3年的典型航天器,其舷窗玻璃的临界安全(非穿透)厚度至少为12mm.     

石英玻璃机械品质因数的研究现状与展望

机械品质因数是石英玻璃关键的力学性能指标之一,反映了材料在振动过程中机械能量损耗的大小,直接影响着器件或系统的灵敏度和精度。对国内外石英玻璃机械品质因数的研究现状进行了综述,从计算、检测、影响因素和处理工艺等方面进行了介绍与分析,阐述了石英玻璃机械品质因数的特性,并对其未来研究方向做出了展望。     

激光驱动微小碎片对石英玻璃撞击损伤效应试验研究

空间碎片撞击对航天器表面材料性能具有很重要的影响。文章从碎片对材料撞击作用角度出发,使用激光驱动飞片技术对光学玻璃进行了撞击试验研究。为了便于对撞击损伤机理的研究和效应评价,开展了单次撞击试验和多次撞击试验,并对这些试验进行了测试分析。试验表明:高速飞片与撞击靶损伤处有很好的对应关系,且高速飞片撞击对石英玻璃表面造成了损伤结构,进而导致光透过率下降。     

石英玻璃析晶规律及影响因素的研究

本文系统地研究了添加剂及温度对石英玻璃析晶的影响。实验结果表明B_2O_3、Na_2O均能加速石英玻璃析晶,而Al_2O_3则能抑制方石英析出。温度升高(1300°C以上),方石英析出速度剧增。当方石英含量超过某一比率时,试样的强度、高温挠度减小,裂纹倾向增大。     

半球谐振陀螺用石英玻璃性能及湿法刻蚀特性

熔融石英玻璃是半球谐振陀螺的关键核心材料。针对半球谐振陀螺用石英玻璃及湿法刻蚀减薄工序,分析了石英玻璃种类、性能指标差异,研究了熔融石英玻璃湿法刻蚀过程表面缺陷及形态变化。结果表明,熔融石英玻璃机械加工残留的亚表面缺陷在湿法刻蚀过程中会发生形态和大小变化,对熔融石英玻璃的均匀刻蚀影响较大。基于上述研究结果,给出了半球谐振陀螺的选材和球壳湿法刻蚀减薄工艺参考。