石英玻璃具有純度高、穩(wěn)定性好、耐高溫、耐輻照以及耐熱震性等性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于航天、能源、光電子、化工等領(lǐng)域。石英玻璃元件的精密和超精密加工技術(shù)，已成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。石英玻璃屬于硬脆材料，可加工性差，主要通過磨削、研磨、拋光等方法進(jìn)行加工。傳統(tǒng)的磨削方法對石英玻璃的材料去除方式主要是以脆性去除為主，容易產(chǎn)生微裂紋，很難形成納米級的光學(xué)表面。為獲得高質(zhì)量、低損傷的石英玻璃加工表面，理論上要求磨削過程盡量在延性模式下進(jìn)行，這就需要磨粒的切削深度小于脆－延性轉(zhuǎn)化的臨界切削深度，實(shí)現(xiàn)微米級甚至納米級材料去除，因此在普通加工設(shè)備條件下石英玻璃延性域磨削難以實(shí)現(xiàn)，加工成本較高。

       從材料去除能量角度來講，要實(shí)現(xiàn)石英玻璃的材料去除，至少需要對材料施加能夠破壞Si-O結(jié)合勢能的能量，因此如果在磨削過程中能夠弱化Si-O結(jié)合勢能，將機(jī)械去除的能量降低，從而就可以降低由于材料脆性去除而產(chǎn)生的微裂紋，提高石英玻璃的加工質(zhì)量。弱化Si-O的結(jié)合勢能的最主要方法之一是化學(xué)改性法，即在磨削過程中通過磨削液或者砂輪結(jié)合劑成分對石英玻璃的化學(xué)作用，打破石英玻璃的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低結(jié)合鍵的鍵能，從而實(shí)現(xiàn)對石英玻璃的延性域磨削。為實(shí)現(xiàn)這種動態(tài)平衡，磨削液成分對石英玻璃表面的化學(xué)改性作用起著至關(guān)重要的作用。

       天津大學(xué)仇中軍等通過利用Na2CO3溶液和石英玻璃成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法對石英玻璃表面進(jìn)行改性，并基于納米壓痕法和劃痕法對改性后的石英玻璃表面進(jìn)行分析，研究改性后石英玻璃表面的力學(xué)性質(zhì)和材料去除過程。通過納米壓痕實(shí)驗表明，Na2CO3溶液中的OH-和石英玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠在石英玻璃表面生成厚度約為12nm非SiO2成分的物質(zhì)薄膜，降低了石英玻璃表面硬度和彈性模量，5%、15%的Na2CO3溶液分別使石英玻璃表面硬度降低了４．４％和14.2%，使彈性模量分別降低了9.4%和12.0%，理論脆延轉(zhuǎn)換臨界磨削深度分別被提高了3.7和39.1%，從而提高了石英玻璃延性磨削的可操作性。

來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng)