飞秒激光单次扫描辅助热应力高效精密切割加工X射线望远镜超薄镜片研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875413
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The satellite's X-ray telescope consists of thousands of ultra-thin curved glass lenses precisely. Micro damages of lenses are obtained by femtosecond laser reciprocating scanning, resulting in lenses broken in a launch of the telescope. In order to solve the problem of high efficiency and precision cutting and processing of lenses, and ensure those lenses passing the vibration test of satellite, a new method of compound machining process, which is named by femtosecond laser-assisted thermal stress lossless cleaving, is proposed in this project. The micrometer depth grooves are obtained by femtosecond laser scanning on the lenses surface, and then the heat source is used to move along the track above the lens, and the lenses is cut by thermal stress. The characteristic of the proposed method is to make full use of the synergy between femtosecond laser machining and thermal stress cutting to make up their respective shortcomings:single scan of femtosecond laser can accurately guide the crack propagation of thermal stress cutting and improve the machining accuracy; the thermal stress cleaving can make the lenses broken quickly to avoid the micro damage caused by the femtosecond laser reciprocating scanning lenses. The project will explore the thermal stress fracture mechanism of glass materials with micron grooves and the crack propagation law of curved surface cutting guided by curve trajectory. The project will explore a new approach to high efficiency and precision cutting of hard and brittle materials such as glass, and provide technical support of for the development of high energy astronomical observation in China.
卫星搭载的X射线望远镜由数千片超薄曲面玻璃镜片精密嵌套而成。飞秒激光往复多次扫描切割所得的镜片存在微损伤,在卫星发射振动测试中出现了微裂纹扩展直至破裂。为解决镜片的高效精密切割加工问题,并保证其通过卫星发射振动测试,本项目提出一种复合加工新方法——飞秒激光单次扫描辅助热应力切割。首先采用飞秒激光单次扫描镜片表面获得微米级深度的沟槽轨迹,然后采用热源在镜片上方沿此轨迹运动,通过热应力作用切割镜片。该方法特色在于发挥飞秒激光加工和热应力切割之间的协同作用弥补它们的不足:飞秒激光单次扫描可精确引导热应力切割裂纹扩展,提高加工精度;热应力作用能使镜片快速断裂,避免飞秒激光往复多次扫描镜片带来的微损伤。项目将探索具有微米级沟槽的热应力断裂机理和曲线轨迹引导下的切割裂纹扩展规律等科学问题,为玻璃等硬脆材料的高效精密切割加工拓展新途径,为我国首台X射线望远镜的自主研制奠定镜片制造技术基础。

结项摘要

卫星搭载的X射线望远镜由数千片超薄曲面玻璃镜片精密嵌套而成。飞秒激光往复多次扫描切割所得的镜片存在微损伤,在卫星发射振动测试中出现了微裂纹扩展直至破裂。为解决镜片的高效精密切割加工问题,并保证其通过卫星发射振动测试,项目研究飞秒激光单次扫描辅助热应力切割加工新方法。以超薄玻璃作为研究对象,分析了热应力切割过程中热阻丝对玻璃板的热传导、应力分布及裂纹产生与扩展的过程,阐明了表面具有微米级沟槽的玻璃材料热应力断裂机理。获得了玻璃的裂纹扩展模式与裂尖应力场解,并通过最大周向拉应力理论与最大能量释放率理论,解释了非对称轨迹下的热应力切割裂纹偏移现象。建立了超薄玻璃的热应力切割有限元仿真模型,利用XFEM法对具有飞秒激光轨迹引导的热应力切割在非对称路径下的裂纹扩展进行了模拟,发现飞秒激光扫描可以改善热应力切割的轨迹偏移与端口效应,揭示了曲线轨迹引导下的热应力切割裂纹扩展规律。确定了飞秒激光与热阻丝组合加工的实验路线,搭建了X射线望远镜超薄曲面玻璃镜片加工平台。在激光路径引导下完成了非对称直线和圆弧曲线的热应力切割实验,采用控制变量法求得了不同路径下合理的热应力切割参数范围,以保证切割过程不会出现缺陷且玻璃的断裂轨迹与激光路径偏离量不超过0.05mm。实现了X射线望远镜超薄曲面玻璃镜片的高效精密切割加工,镜片切割断面的粗糙度小于0.5nm。对X射线望远镜超薄曲面玻璃镜片开展了卫星发射振动试验,完成了X、Y方向最大激励幅值5g,Z方向最大激励幅值6g的振动试验,试验后检查镜片结构无破坏,使镜片通过了卫星发射振动测试。项目共发表学术论文7篇,其中SCI检索7篇,申请国家发明专利5件,毕业硕士研究生3名。项目研究成果为玻璃等硬脆材料的高效精密切割加工拓展新途径,为我国首台X射线望远镜的自主研制奠定镜片制造技术基础。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Hot-wire thermal stress cleaving process of glass with micro crack-free edges
无微裂纹边缘玻璃的热丝热应力劈裂工艺
  • DOI:
    10.1080/10426914.2019.1686523
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Materials and Manufacturing Processes
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Wang Kun;Li Wenhao;Wang Zhanshan
  • 通讯作者:
    Wang Zhanshan
Microstructure and anti-corrosion performances of laser cladded Nb-modified Ni-based alloy coatings
激光熔覆铌变质镍基合金涂层的显微组织及耐腐蚀性能
  • DOI:
    10.1177/14644207211061212
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART L-JOURNAL OF MATERIALS-DESIGN AND APPLICATIONS
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Chen Haixiang;Wang Kun
  • 通讯作者:
    Wang Kun
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富氯环境中激光熔覆NiCrAlMo/纳米CeO2复合涂层的腐蚀行为及电化学机制
  • DOI:
    10.1177/09544054221077782
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen Haixiang;Wang Kun
  • 通讯作者:
    Wang Kun
Electrochemical Machining of Turbulated Cooling Channel Using Gelatinous Electrolyte
使用凝胶电解质对湍流冷却通道进行电化学加工
  • DOI:
    10.20964/2020.06.73
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    International Journal of Electrochemical science
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Wang Kun;Wang Yubiao;Shen Qi
  • 通讯作者:
    Shen Qi
Chemical mechanical polishing of the narrow channel of a channel-cut crystal
通道切割晶体窄通道的化学机械抛光
  • DOI:
    10.1007/s00170-020-05443-2
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Wang Kun;Li Wenhao;Qu Qintao;Wang Zhanshan
  • 通讯作者:
    Wang Zhanshan

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其他文献

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王昆的其他基金

具有脱附机制的仿生湿吸足垫制造技术研究
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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