目前,光学玻璃在航空航天、国防、民用等工业中已经得到广泛的应用。自由曲面的诞生对光学玻璃材料的超精密加工提出了更高的要求。由于光学玻璃是一种具有高硬度高脆性的非晶体材料,其超精密加工具有一定的难度。目前,光学玻璃的超精密加工方法主要有超精密磨削、单点金刚石切削、超精密抛光等方法,而无论何种加工方式都需要材料的力学特性作为理论研究的基础。材料力学特性的研究已经经历了近一百年的历史,随着技术的不断进步,力学特性的研究已经逐渐从宏观向微观方向发展,甚至已经可以达到纳米尺度。利用纳米压痕、纳米划痕等测试方法可以测试多种材料的纳米硬度、弹性模量、摩擦磨损特性等纳米尺度下的力学行为。关于光学玻璃的纳米力学特性研究主要集中在材料的塑脆转变方面,但是对材料其他特性(如弹性变形、尺寸效应、黏附效应等现象)的研究还不够。因此,本文从以下几方面进行了相关研究：1.以K9玻璃为研究对象,对K9玻璃进行了纳米压痕实验。结果表明K9玻璃纳米硬度存在尺寸效应。随着压痕深度的增加,纳米硬度逐渐减小。根据Oliver-Pharr分析法,对纳米硬度公式进行推导,得出纳米硬度公式极限为以深度h为自变量的减函数,从数学角度解释了产生尺寸效应的原因。K9玻璃塑脆转变临界深度为50nm,临界载荷在0.8mN。载荷越大,弹性回弹率越小并接近一个常数。连续加载不会影响弹性回弹量,卸载后的黏附效应会对加工后表面质量造成严重的影响,加载速率对材料变形没有明显影响。2.为了研究微米和纳米尺度下光学玻璃K9的摩擦磨损特性,进行了线性加载的微米和纳米划痕实验。结果表明,微米尺度下K9玻璃塑脆转变点在12.5N和17.5N之间,纳米尺度下塑脆转变点再3000μN和4000μN之间。恒载划痕实验中,塑性变形稳定,但脆性去除对表面质量造成严重的影响。对弹性回弹进行研究,塑性变形弹性回弹稳定,然而脆性变形过程中,弹性回弹经历明显的波动。3.利用SPH法进行K9玻璃划痕仿真。结果表明,K9玻璃划痕仿真过程中,材料发现塑性变形并且该变形量随着深度的增加而增加,但弹性回弹量变化较小,该仿真结果与K9玻璃纳米划痕实验结果基本相符,很好地验证了纳米划痕实验的准确性。研究发现,划痕速度越大,材料发生塑性变形临界深度越大。