最近，期刊《Ceramics International》发表了题为“A theoretical and experimental investigation on the surface formation mechanism in elliptical vibration cutting of single crystal magnesium fluoride”的论文。博士生柯金洋为论文第一作者，许剑锋教授为论文通讯作者。

氟化镁晶体因其出色的光学性能、机械强度和耐腐蚀性广泛应用于高功率激光器光学窗口和量子光学谐振腔等领域。然而，由于显著的各向异性和极度脆性，高效高精制造 MgF2 晶体对于提升其在先进光学系统中的性能至关重要。针对上述问题，本研究通过理论和实验分析，对 MgF2 的表面成形机制进行了深入探究，重点研究了切削参数对动态塑脆转变行为和材料去除机制的影响。通过考虑椭圆轨迹的倾角对椭圆振动切削过程中刀具和材料的相互作用理论建模，计算单个振动周期内IUCT和特征DoCm，实验结果验证了模型的准确性，120°的倾角有利于硬脆材料的塑性切削，因为此时具有较大的特征DoCm和较小的IUCT，但较大的轨迹倾角会延长刀具与材料接触的时间进而造成切削力的增加。和传统单点金刚石切削相比，EVC工艺在相同条件下将塑脆转变临界切深从140.5 nm提高到 2028.2 nm（约14倍），且表面完整性更好，缺陷密度更低。通过理论计算得到的优化参数组合可将MgF2的临界切深最高提升约56倍至7829.2 nm。根据解理断裂和塑性变形参数的理论计算结果，裂纹沿激活的解理面扩展和断裂为脆性去除的主要原因。基于优化分析得到的最优参数组合，在MgF2 晶体表面加工出了曲率随表面位置变化的大矢高双正弦微结构。本研究对于提升MgF2 晶体高效高品质超精密制造具有重要意义。

椭圆振动切削单晶氟化镁表面成形机制的理论与实验研究

本研究得到了国家自然科学基金(52225506)的资助。

论文信息：Ke J, Zhang J, Chen X, et al. A theoretical and experimental investigation on the surface formation mechanism in elliptical vibration cutting of single crystal magnesium fluoride[J]. Ceramics International, 2024.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.03.154