功能晶体作为现代光电材料中的一类重要主体材料，因具有能够实现电、磁、声、光、力、热等能量形式的交互作用和相互转换等独具特色的物理性能，在航空、航天、国防军工等领域中有着越来越广泛的应用。在诸多功能晶体材料中，存在一类莫氏硬度小于5且断裂韧性较低（脆性大）的软脆功能晶体材料，典型代表有：磷酸二氢钾（KH2PO4，KDP）、磷酸二氘钾（K(DxH1－x)2PO4，DKDP）、磷酸二氢铵（N(DxH1－x)4(DyH1－y)2PO4，ADP）、氯化钠（NaCl）等。该类晶体不仅具有软脆、各向异性强等特性，还易于潮解，在加工过程中经常出现崩边、凹陷、断裂及硬质磨粒嵌入等问题，而从使役的角度对其加工提出的要求多为超精密和超光滑近无表面损伤等，使其成为世界公认的难加工材料。
表 KDP晶体的物理参数
磷酸二氢钾（KDP）晶体凭借其优异的电光特性及非线性光学性能，被用于制作能源和国防等领域高端装备中的关键光学元件，其作用和地位无可替代。然而KDP晶体的易潮解、脆性大、硬度低、各向异性强等一系列难加工特性，给其超精密加工带来了极大的挑战，传统的机械加工方法存在亚表面损伤的问题，严重限制了激光损伤阈值这一关键使役性能指标的提升。探索KDP晶体近无损伤超精密加工新原理和新技术，成为业界国内外专家学者研究的热点。
▲ 大尺寸KDP晶体毛坯精密切割用环形金刚石线锯设备与KDP晶体样件。图为郭东明院士团队的高航教授课题组研制的环形金刚石线锯切割大尺寸KDP晶体装备和KDP晶体样件，切割效率及切割表面质量较为理想。目前，工程应用中已经逐渐采用金刚石线锯代替带锯切割KDP晶体。此外，高航教授课题组还探讨了使用水溶解辅助金刚石线锯切割技术加工KDP晶体，采用微乳液作为金刚石线锯切割的切削液，既具有线锯切割平稳、切口小等优点，同时微乳切削液中的水分也能够辅助去除材料，减小纹理等切割损伤，改善切割质量，更可提高15%～20%的切割效率
高航，工学博士，大连理工大学机械制造学科二级教授，担任国际磨粒加工技术学会常务委员、中国生产工程学会常务理事、国际复合材料SAMPE中国区常务理事等学术兼职。作为负责人承担完成相关精密加工技术和先进复合材料加工制造技术方面国家级各类科研项目课题20多项，曾荣获2017年度国家技术发明一等奖1项（排序2）、2019年度国家科技进步一等奖1项（排序3)，以及8项省部级技术发明或科技进步一等奖在内的多个高水平科研成果，累计发表高水平学术论文200余篇，授权发明专利60多项。荣获建国70周年荣誉奖章，是国家政府有特殊贡献专家津贴获得者。
郭东明，中国工程院院士，大连理工大学教授，高性能精密制造全国重点实验室主任，国家杰出青年基金获得者，先后被评为辽宁省和大连市特等劳动模范，全国先进工作者。长期从事高性能制造、微纳制造工艺及装备方面研究，在高性能零件精密制造、难加工材料零件精密超精密加工等方面取得突出成就，提出高性能复杂曲面零件的性能与几何参数一体化精密加工方法，主持研究出系列化制造技术及装备，为解决国家重大工程中的关键制造工艺技术难题做出重要贡献。获国家技术发明一等奖1项、二等奖1项，国家科技进步一等奖（创新团队）1项、二等奖1项，省部级一等奖5项，“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖。
自2005年以来，作者及其所在的大连理工大学高性能精密制造创新团队在郭东明院士的带领下，面向国家重大工程需求和学术前沿，基于大尺寸KDP晶体在过饱和溶液中生长可控且易潮解的特性，反其道而行之，创新提出了KDP晶体水溶解超精密抛光加工原理，并在多个国家自然科学基金重点项目的资助下，开展了近二十年的潜心研究，取得了原理创新和技术突破，成功实现了KDP软脆功能晶体的水溶解超精密抛光加工，达到了亚微米级面型精度和纳米级表面粗糙度，为包括KDP晶体在内的易潮解类功能晶体材料超精密抛光加工开辟了一条全新的技术途径。
▲ 水溶解超精密环形抛光试验系统
《KDP软脆功能晶体水溶解超精密抛光加工原理》（高航，郭东明著. 北京：科学出版社，2024.11）提出的水溶解超精密抛光加工新原理，从一开始业界和应用企业不认可、不理解到开始认同并尝试应用，包括同行学者在易潮解功能晶体的磁流变修形、超精密切削加工等技术中也尝试加入了“水”的溶解作用，“水溶解”逐渐成为一种全新的加工技术。通过将“潮解”这一对易潮解KDP晶体有害的自然现象，转化为有用的超精精密加工技术手段，向读者展示了一个如何变有害为有用的成功案例。相关研究成果也可推广应用于类似的易潮解功能晶体材料的精密和超精密加工。
本书能够顺利撰写成稿，是团队成员和多位参与本书相关研究工作的博士与硕士研究生共同努力的结果。从2004年底高航教授与哈尔滨工业大学董申教授和张飞虎教授、国防科技大学戴一凡教授联合撰写“各向异性软脆功能晶体高效精密和超精密加工技术基础”国家自然科学基金重点项目（项目编号：50535020）申请书，与团队的康仁科教授一起探讨软脆功能晶体材料的定义和范围，分析KDP晶体材料的易潮解特性，到提出软脆易潮解功能晶体用“水”加工的新思想和新原理，再到2011年郭东明教授牵头承担“大口径KDP晶体逐点可控微纳潮解加工新原理与新技术”国家自然科学基金重点项目（项目编号：51135002），2017年高航教授牵头承担多个相关国家专项课题，作者与课题组王宣平副教授、朱祥龙教授，王碧玲博士、鲁春鹏博士、王强国博士、王旭博士、陈玉川博士、刘子源博士、滕晓辑博士、程志鹏博士和多位硕士一起潜心攻关研究，取得了重大技术突破和阶段性研究成果。
该技术是将自然界中有害现象转化为有用加工手段的典范，学术价值和工程应用价值重大。我很高兴看到能有这样一本具有原理创新和重大工程应用价值的优秀专著出版，该书研究成果系统完整、内容丰富，理论分析和试验数据翔实，撰写结构严谨、逻辑性强，具有突出的新颖性、先进性和实用性。该书的出版丰富了超精密加工理论与技术，也为其他同类易潮解功能晶体材料的精密和超精密加工提供了有益的借鉴和技术参考。
中国科学院院士 丁汉
2023年10月1日
本文摘编自《KDP软脆功能晶体水溶解超精密抛光加工原理》（高航，郭东明著. 北京：科学出版社，2024.11）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-073381-8
责任编辑：姜 红 韩海童
本书针对我国核能源和国防领域对磷酸二氢钾（potassium dihydrogen phosphate，KDP）软脆功能晶体近无损伤超精密加工技术的迫切需求，以及KDP晶体易潮解、脆性大、各向异性强等难加工特性给其超精密加工带来的极大挑战，创新提出了水溶解超精密抛光加工原理。本书系统地介绍了KDP晶体的结构特性、弹塑性力学性能与损伤规律，阐明了KDP晶体微纳潮解材料去除机理和可控水溶解超精密加工原理、工艺方法，并给出了加工案例。本书不仅向读者介绍了一种先进的KDP晶体超精密抛光加工新技术，还向读者提供了一个将“潮解”这一有害的自然现象转化为有用的超精密加工技术手段的成功案例。
本书可作为精密和超精密加工工程领域科研人员和技术人员的参考资料，也可以供高等学校机械工程、材料科学与工程等相关专业高年级本科生及研究生学习参考。
（本文编辑：刘四旦）
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