HFCVD金刚石薄膜的热场模拟及实验

基体温度是影响金刚石薄膜生长质量的重要因素之一.基于有限元分析法,通过AN-SYS CFX软件对基体温度场进行模拟仿真,得到基体表面温度场的分布,并分别讨论了热丝-基体距离、热丝间距、水冷系数等参数对系统温度场均匀性和一致性的影响.经仿真优化后得到的参数值分别为热丝-基体距离10 mm、热丝间距15 mm、水冷系数1 000 W/(m2·K).在此优化工艺的基础上进行热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜的实验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对金刚石薄膜表面特征进行检测.结果表明:利用仿真优化后的薄膜生长参数,可以在金刚石薄膜生长区域得到比较均匀的多晶金刚石薄膜.     

金刚石薄膜的人工合成及其结合力的评估

在硬质合金ＷＣ—Ｃｏ基体上，用热丝ＣＶＤ法，人工合成出金刚石薄膜。利用Ｘ衍射、激光拉曼光谱和扫描电镜对金刚石薄膜的结构进行了测定，结果是令人满意的。精确测量金刚石薄膜与基体间的结合力是很困难的。本文报导了金刚石薄膜涂层刀具的实际切削结果，并以此来评估该涂层与基体间的结合力。     

皮秒绿激光修锐青铜基金刚石砂轮损伤规律与机制

为探究皮秒绿激光修锐青铜基金刚石砂轮的工艺规律与机制,实现青铜基体的选择性定量去除。首先采用10 ps绿激光作用于青铜/金刚石,利用S-on-1损伤测定法标定损伤阈值,确定皮秒激光修锐青铜/金刚石砂轮的最佳工艺参数范围。然后对青铜/金刚石砂轮表面进行修锐,通过激光共聚焦显微镜及其软件表征修锐表面形貌与表面粗糙度,探究激光峰值功率密度、重复频率、扫描次数对修锐效果的影响规律。结果表明,皮秒绿激光对青铜基体的去除机制主要为气化去除,很大程度上避免了金刚石磨粒的碳化,即使在高重复频率下,也无明显的热积累特征。在脉宽为10 ps、重复频率为400 kHz条件下,青铜基体与金刚石磨粒的损伤阈值分别为1.23×10~9 W/cm~2、3.71×10~(11) W/cm~2,两者相差两个数量级,青铜基体的选择性微量去除选择范围较宽,可通过调节峰值功率密度有选择性地去除基体,通过调节扫描次数定量去除基体。因此,采用皮秒绿激光可以选择性定量去除青铜基体且较好地保证金刚石磨粒的完整性。     

界面对封装用金刚石/铝复合材料性能的影响

通过对表面改性后的金刚石同铝粉进行烧结,对比研究了不同的界面层对复合材料导热率的影响。实验表明,通过表面改性制备的镀Ti金刚石/Al复合材料,在同样制备条件下其热导率和致密度性能优于表面未镀覆的金刚石/Al复合材料。金属基体中,Si元素的添加能有效降低烧结体的烧结温度,但是其热导率低于基体中未添加杂质元素的镀Ti金刚石/Al复合材料。金刚石/Al复合材料的热导率同界面结构有关,镀覆合适的金属元素能有效改善金刚石对铝的润湿性,降低界面热阻,从而能有效提高金刚石/铝复合材料的导热率。     

金刚石内圆刀片刃口形状分析

分析了金刚石内圆刀片刃口几何形状对刃具基体、切割材料、切割温度和切割中的冷却等因素的影响 ,阐明水滴状刃口比矩形刃口在切割质量和切割效率中的优越性     

金刚石薄膜气相外延生长

本文介绍了用微波化学气相沉积法,以丙酮、氢体系为研究对象,以 SDA级、毫米级人造金刚石单晶为基体,金刚石(100)、(110)、(111)晶面的气相外延生长的研究,对单晶外延生长条件进行了初步的探讨,使用RED、SEM、MLRS等检测手段,对生长的外延层进行检测。     

三明治金刚石锯片激光切割工艺研究

针对三明治金刚石锯片基体材料的特点,采用Rofin DC025板条CO2激光切割系统,深入研究φ350mm锯片基体切割工艺,分析了激光功率、切割速度、辅助气体等因素对切口质量的影响,获得了一套优化的切割工艺参数.结果表明;与普通钢相比,三明治材料的激光切割需要更高的功率、气体压力、较小的速度.     

液相法电沉积类金刚石薄膜的表面形貌研究

采用脉冲直流电源,以甲醇有机溶液作为碳源,在常压60℃的条件下,采用电化学沉积方法在不锈钢表面制备了类金刚石碳薄膜.在电沉积过程中电流密度最高达到150 mA/cm2,沉积速度为500 m/h.用原子力显微镜和扫描电镜表征了薄膜的表面形貌,透射电镜和电子衍射谱表征了薄膜的结构.结果表明:沉积的类金刚石碳DLC膜是由均匀分布的球形纳米颗粒组成,粒度约为300 nm～400 nm,而且致密光滑;不锈钢上沉积的类金刚石薄膜,薄膜的生长是在基体表面划刻的边缘形核中心开始生长,并且生长先由基体的边缘向中心然后逐渐覆盖基体表面.     

磁过滤阴极真空弧沉积薄膜研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积技术对从弧源引起离子束中的大颗粒进行过滤后,在硅和聚合物表面进行离子注入和低能离子束沉积,可获得特性优异的沉积金属膜、超硬膜（类金刚石,CN膜）、陶瓷膜（TiN,TiC）等。电子显微镜观察表明,大颗粒已被过滤,表面结构致密,由于先进行离子注入,在基体表现预先形成了过滤层,从而改善了沉积膜的粘合特性,膜与基体的粘合特性有了明显提高。测量结果表明,沉积膜的硬度、抗磨损和抗腐蚀特性均有了明显提高。非晶金刚石薄膜表面硬度可达到56GPa。     

激光熔覆复合涂层中金刚石的形态转变对涂层性能的影响

采用半导体激光器在45#钢基体上制备金刚石复合涂层, 熔覆层材料为铁基粉末2Cr13和人造金刚石微粉的混合粉末, 熔覆设备使用2 kW光纤耦合半导体激光器。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的显微组织、元素分布和相结构进行分析; 并采用摩擦磨损试验机对涂层的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明: 该复合涂层中的金刚石在激光的作用下发生了形态转变, 一部分完全碳化形成石墨; 另一部分不完全碳化形成石墨并残留小部分金刚石相。XRD分析涂层的相组成可知, 该涂层主要由硬质相Fe0.64Ni0.36、金刚石、FexCy、过饱和固溶体Cr和石墨等组成。由于涂层中金刚石及石墨的存在, 使得涂层具有优异的耐磨性能, 涂层的耐磨性相比未添加金刚石涂层提高了近60%, 涂层的磨损机制以磨粒磨损为主。     

晶圆激光切割技术的研究进展

综述了半导体领域晶圆切割技术的发展进程,介绍了刀片切割技术、传统激光切割技术、新型激光切割技术及整形激光切割技术的特点、工作原理和优缺点以及国内外使用晶圆切割技术获得的研究成果及其应用前景.与刀片切割技术相比,激光切割技术具有切割质量好、切割速度快等优点.详细介绍了以进一步改善晶圆切割质量和提高切割速度为目的的几类整形激光切割技术,包括微水导激光切割技术、隐形切割技术、多焦点光束切割、“线聚焦”切割、平顶光束切割和多光束切割等.随着技术的不断完善、切割设备的不断成熟,整形激光切割技术在未来的晶圆切割领域将具有广阔的应用前景.     

激光束姿态对三维激光切割质量的影响

研究了在三维激光切割过程中,激光束姿态(“切割倾角”和“切割方向”)对切割质量的影响。结果表明,当激光束偏离重力方向达45°时,保证切割质量合格的工艺参量范围将发生变化:三维上坡切割的范围略大于二维切割,而三维下坡切割的范围则明显小于二维切割。指出了在三维切割中,应尽量采用上坡切割方式,在必须采用下坡切割方式的时候应控制其最高切割速度小于二维切割的速度。     

中低功率双CO_2激光切割机的开发与应用

研究了大功率单CO2激光切割机和小功率双CO2激光切割机的切割原理,分析了在用这两种形式的激光切割机切割非金属材料木质模切板时,激光功率、切割速度与切割深度、切割的缝形缝宽之间的关系。试验结果表明,用中小功率双CO2激光切割机切割非金属木质板材,无论是设备的制造成本、运行成本,还是切割的精度和缝形缝宽,同用大功率单CO2激光头切割机相比有很多优势。     

半导体晶体线锯切割工艺研究

线锯切割技术在半导体晶体切割领域已经得到了广泛应用。对传统内圆切割技术进行了介绍,并针对新兴线锯切割技术的现有分类和研究水平做了总结,阐述了自由磨料线锯切割和固结磨料线锯切割两大类别的工作原理和研究进展。自由磨料线锯切割是取代内圆切割的一种广泛技术,而固结磨料线锯切割则是针对高切割效率要求的重要改进。针对晶体线锯切割技术所做的综述,有助于研究者了解前沿研究进展,把握晶体线锯切割的发展方向。     

冷轧生产线硅钢激光高速切割实验研究

为了解决冷轧硅钢生产线上现有的圆盘剪切边技术存在的微裂纹、应力、毛刺和边浪等问题,采用光纤激光器进行了高速切割工艺研究,并进行了理论分析与实验验证,得到了激光高速切割速率和质量数据。结果表明,激光功率为3000W时,可以得到高达400m/min的切割速率;高速切割过程中,由于小孔现象的存在以及切割前沿变得平坦,随着切割速率增加,切割速率增长幅度因子由1降为0.3,同时毛刺高度由5μm急剧增加至22μm,切割质量下降;采用光-气非同心切割方法进行切割,可以提高高速切割的切割质量,毛刺高度小于15μm。该研究对为激光高速切割技术提供理论支撑与技术指导是有帮助的。     

紫外激光在半导体芯片切割中优势的研究

介绍了紫外激光切割技术的优越性，综述了紫外激光切割技术在半导体芯片切割中的应用．指出了传统砂轮切割技术在半导体芯片切割工艺的局限性，对各自的工作原理、特点、作了重点阐述。对传统砂轮切割技术和紫外激光切割技术进行了实验比较，并对紫外激光切割技术在半导体芯片切割工艺上的发展前景作了展望。     

工艺参数对激光切割工艺质量的影响

对汽车用冷轧钢板进行了激光切割工艺试验,研究了激光切割速度与激光功率对切缝宽度、表面粗糙度、挂渣等切割质量的影响。结果显示在相同的条件下,切缝宽度随切割速度的增加而有一定的变化,随激光功率的增加而显著增加。切割速度及激光功率对切割表面粗糙度的影响是一抛物线规律,随切割速度的变化,切割边部形貌存在分形现象。金属材料激光切割后其热影响区非常小,受激光切割工艺参数的影响不大。     

基于切屑形态的钛合金切削性能研究

以切屑形态作为评价钛合金切削性能的指标,研究切削参数对钛合金切削性能的影响并总结规律。对钛合金TA15进行切削加工,采用单因素方法进行实验,收集切屑并制备切屑试样后用金相显微镜拍照观察,最后,应用ABAQUS有限元软件模拟钛合金在不同切削速度下的切削过程,与观察结果相结合。研究结论表明,切削速度、进给量和切削深度的增大均会使切屑的锯齿化程度变大,切削加工时采用较小的切削速度、进给量和切削深度能够使得材料的切削性能得到提高。     

中厚钢板小圆孔的高功率CO2激光切割工艺研究

为解决高功率CO2激光切割广泛用于面板、模板制作的中厚钢板小圆孔时存在的切割质量差的问题,采用Rofin DC025板条CO2激光切割系统,对6mm厚的A3钢板进行了Φ5mm小孔的激光切割工艺研究。系统研究了激光功率、切割速度和氧气压力对切割质量的影响,分析了切割前沿温度分布对切割质量的决定作用。结果表明,当激光功率为1KW、切割速度为1.0m/min、氧气压力为1.2×105Pa时可获得最佳切割效果,解决了中厚钢板小圆孔的高功率CO2激光切割时存在的切割质量差的问题。     

高能材料切削力测试系统的研制

研制出了一种高能材料切削力的测试系统,测试切削过程中高能材料达到燃爆点时的切削力。详细介绍了该测试系统的设计过程,阐述了该测试系统各个组成部分功能的实现:进行了高能材料切削方案的设计、比较与选择,切削动力的选择与控制,切削力的动态测试,切削温度的动态测试,切削力数据的采集与处理。对橡胶材料进行模拟切削实验及对易燃易爆的高能材料进行切削实验,并分别对切削力指标的影响因素做了分析说明。