【摘要】 研究了表面裂纹对法向载荷与划痕深度平方之间关系的影响。

BK7玻璃被广泛用于高质量的光学元件，因为它几乎是无气泡的，并且含有少量的夹杂物。磨削加工是高精度玻璃零件最重要的精加工工序之一。然而，由于其硬而脆的性质，BK7通常被认为很难研磨。众所周知，硬颗粒与脆性材料之间的相互作用可能会引起各种裂纹，从而影响材料的去除机制和表面质量。

 

为了获得有关脆性材料在精密和超精密研磨过程中的变形和断裂行为的基本信息，使用维氏压头在光学玻璃BK7上进行了微米和亚微米级划痕测试。在划痕槽周围观察到三种类型的表面开裂。它们是横向裂纹，径向裂纹和活动压头前面的裂纹。已经发现，横向裂纹是主要的破坏类型，这是由于其破坏尺寸大且裂纹萌生负荷低。

 

研究了表面裂纹对法向载荷与划痕深度平方之间关系的影响。在动压头出现裂纹之前，即使在划痕槽周围出现侧向裂纹，正常载荷与划痕深度的平方之间也存在线性关系。当法向载荷大于130mN时，划痕深度的平方随法向载荷的增大而不稳定地增大。侧向开裂由于其损伤尺寸大、起裂荷载低，被认为是主要的开裂类型。

 

基于对划痕和残余深度的测量来估计压头的接触区大小。塑性区大小和滑动泡场强度表示为接触区大小的函数。该预测模型可能有助于评估精密和超精密磨削过程中相邻材料之间的相互作用强度和估算材料去除体积[1]。

 

[1]Gu, W., Yao, Z. Evaluation of surface cracking in micron and sub-micron scale scratch tests for optical glass BK7. J Mech Sci Technol 25, 1167-1174 (2011).

 

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