大口径软脆功能晶体超精密飞切加工全频域误差控制-哈尔滨工业大学.DOC

一、项目 大口径软脆功能控制装备、单位（） 三、项目简介 惯性约束激光聚变是利用人工可控热核聚变获得清洁能源，并可进行核爆过程物理模拟的国家重大科学工程，对解决能源危机及保障国家安全具有重大战略意义。大口径软脆功能晶体(KDP,KH2PO4)元件作为激光聚变高功率激光装置中唯一可实现光学倍频转换及光电开关的功能器件，是决定激光聚变能否实现的核心环节。大口径KDP晶体元件对全频域误差控制及表面质量要求极为苛刻，是国际公认的最难加工的光学元件，目前唯一实用的加工方法是超精密飞切加工。鉴于该项技术与国家安全和高技术发展密切相关，国外长期进行技术封锁。项目2003年，历经十余载攻关，突破了大口径KDP晶体光学元件超精密飞切机床设计理论、加工工艺及关键技术等多项瓶颈难题，研制出多台套机床并批量加工出大口径KDP晶体元件，主要指标达国际领先水平，为我国神光系列激光聚变装置的建设和运行提供了核心技术支撑。主要发明点如下： 控制与方法确定了超精密飞切加工全频域与系统特性的关系域波前畸变了理论基础 2.发明了机床功能部件低速平稳研制了机床 3.发明了超精密飞切加工在线监测方法与装置。提出了超精密静压主轴动态性能在线监测和动平衡测试方法，发明了在线测量超精密静压主轴动态性能的装置，首次实现了超精密飞切机床加工过程的在线监控，为解析机床动态性能与加工表面形貌之间的映射关系提供了全新的技术途径。 4.创新研发了误差控制的功能晶体建立了KDP晶体微纳切削加工的脆塑转变理论，揭示了KDP晶体材料各向异性等特性对加工表面质量的影响规律，获得了以激光损伤阈值为优化目标的最佳加工工艺参数范围，实现了大口径KDP晶体超光滑表面(粗糙度RMS值小于1.5nm)加工和全频域误差控制，加工指标达到国际领先水平。 项目得到国家863计划、自然科学基金重点等项目资助，获授权发明专利26项，发表论文102篇，其中SCI收录51篇，EI收录34篇。2013年由周勤之院士为主任的专家组鉴定意见为：主要指标国际领先，总体水平国际先进。该成果已在中国工程物理研究院、中国科学院物质结构研究所等单位得到应用，为建成亚洲第一、世界第二大的激光聚变装置做出了突出贡献，为我国激光聚变事业的发展及国防高技术和新能源开发奠定了坚实的技术基础。相关技术成果获黑龙江省技术发明一等奖（2014年）和自然科学二等奖（2013年）。 、评价2013年11月15日，黑龙江省机械工业联合会组织召开的科技成果鉴定会，鉴定委员会听取了项目组所做的项目技术总结报告、研制总结报告，审查了相关技术文件并进行了现场考察，经讨论认为：项目组研制的超精密飞刀铣削加工机床功能齐全、指标先进、操作方便、维护简单、运行可靠，不但满足了惯性约束激光核聚变领域对高精度大口径KDP晶体光学元件的加工要求（KDP晶体面形精度优于5λ，透射波前0.5λ，粗糙度优于1.5nm），同时打破了国外发达国家长期的技术封锁，为未来超大型激光装置的建设奠定了技术基础，取得了显著的经济效益和社会效益。鉴定委员会认为该项目成果主要指标属国际领先，总体水平达到国际先进。 项目技术成果荣获2014年度黑龙江省技术发明一等奖2013年度黑龙江省自然科学二等奖。 、应用情况大口径软脆功能晶体超精密飞切加工技术与装备是一项综合的现代高新技术，与国家安全和国民经济的发展密切相关的长期以来，国外发达国家一直对我国实行技术封锁。项目所取得的研究成果自2005年开始，陆续在中国工程物理研究院激光聚变中心应用，先后研发的6台（套）KDP晶体超精密飞切加工机床，经过多年应用表明，不仅机床的加工精度达到了惯性约束激光核聚变领域对高精度大口径KDP晶体光学元件的加工要求，而且机床的功能齐全、运行可靠、加工效率高，满足了国家大型科学工程对KDP晶体这一特殊而又重要元器件的需求，填补了国内空白，同时打破了国外发达国家的技术封锁，取得了良好的经济效益和社会效益。自2011年开始，KDP晶体超精密飞切机床在中国科学院物质结构研究所得到应用，所交付的1台机床经过多年使用表明，加工精度满足了该所KDP晶体加工的技术要求，为晶体材料性能的基础研究做出了重要的贡献。 、知识产权目录序号 知识产权类别 知识产权具体名称 国家 （地区） 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 发明专利有效状态 1 发明专利 一种基于频域误差分配的超精密飞切机床精度设计方法 中国 ZL 201210344292.1 2014.12.3 1531878 哈尔滨工业大学 梁迎春，陈国达，孙雅洲，张强，张飞虎，刘海涛，陈万群，苏浩 有效 发明专利 龙门式超精密飞切铣床 中国 ZL 200710144867.4 2010.04.14 606775 哈尔滨工业大学 梁迎春，张飞虎，张龙江，张景和，许乔 有效 3 发明