材料表面激光抛光技术研究进展∗

抛光技术是现代制造产业的关键技术之一,现代制造工艺的发展对材料抛光精度的要求已经达到了微纳级。 与传统抛光技术相比,激光抛光技术更容易满足工业要求,并且适用于金属、陶瓷、玻璃等多种材料,在抛光加工领域受到了国内外学者的广泛关注。 综述了近年来不同材料激光抛光技术的研究进展;针对激光抛光过程中产生的热应力,分析了工艺参数以及温度变化对激光抛光效果的影响,探讨了新型的激光抛光技术,梳理了将激光抛光与其他抛光技术进行有效复合的方法与观点。 按照不同的材料,归纳了激光抛光技术的作用机理,并阐述了激光抛光技术的优缺点,最后对激光抛光技术的未来发展进行展望。 对于目前激光抛光研究中尚未解决的问题以及未来不同材料的激光抛光技术的研究方向具有指导意义。     

化学机械抛光垫的研究进展

化学机械抛光(CMP)作为一种超精密加工技术,在集成电路制造、计算机硬盘、微机电系统、光学元件加工等领域得到了广泛的应用。抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整均会对化学机械抛光产生影响。首先从抛光垫基体、抛光垫表面纹理、抛光垫结构等3个方面对抛光垫设计制备相关研究进行了综述,重点介绍了不同基体材质抛光垫的抛光性能,指出了各材质抛光垫的优缺点。其次,介绍了抛光和修整过程中的抛光垫磨损,对比了各研究者建立的抛光垫磨损模型,概述了抛光垫磨损监测技术的研究现状,并指出目前抛光垫磨损状态的监测手段较为单一,采用融合多传感器信号对抛光垫磨损状态进行监测,可以提高其监测精度。为了进一步探究抛光垫修整对抛光性能的影响,归纳了修整器的结构参数,以及修整参数对修整效果的影响,介绍了几种新型修整器结构,并综述了抛光垫自修整技术的研究进展。最后,总结了目前关于研究抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整等方面存在的问题,并对其发展前景进行了展望。     

磨料射流表面抛光研究综述

作为精密超精密光学制造工艺过程中的一个重要环节,各种新型表面抛光方法与工艺始终吸引着科研人员不断深入研究与探索。磨料射流抛光方法为小型复杂零件的表面抛光提供了一个新思路,成为精密超精密光学加工技术的重要组成部分。对磨料射流表面抛光过程中衍生的磨料水射流抛光、磁射流抛光、负压吸流抛光、磨料气射流抛光、冰粒水射流抛光、纳米胶体射流抛光的抛光原理、方法及特点进行了综述,分析了各射流表面抛光技术材料去除的最新发展;从加工原理、磨料选择、抛光精度、数学模型等方面对上述新型射流抛光技术进行深入分析与比较,其中磁射流抛光、纳米胶体射流抛光、磨料水射流抛光的抛光精度较高,可以实现表面粗糙度纳米级的超精密抛光,而磨料气射流抛光、冰粒射流抛光从加工成本上来讲则相对较低。最后,对磨料射流表面抛光在去除函数优化、精度效率的提高、应用范围扩展、在线检测、商业化应用等方面的发展趋势进行了预测。     

新型抛光垫沟槽及其在化学机械抛光中的作用研究进展

化学机械抛光过程中,抛光垫性能是影响抛光质量和抛光效率的重要因素之一,而抛光垫的性能又受其表面沟槽结构形状的影响。在介绍几种常见抛光垫沟槽结构形状的特性及其作用研究的基础上,介绍了新型抛光垫沟槽的研究进展,总结了几种新型抛光垫沟槽对抛光效果的影响,为抛光垫沟槽特性的进一步研究提供参考。     

稀土金属Ce抛光CVD金刚石膜的研究

研究了一种快速有效地抛光CVD金刚石厚膜的技术.该技术是利用化学活性很强的稀土金属铈(Ce)与金刚石(碳)的固相化学反应,在一定的工艺条件下对金刚石膜进行的快速有效的抛光.讨论了金刚石膜抛光效果的影响因素及初步探讨了固态稀土Ce抛光金刚石膜的抛光机理.此外,还对抛光前后的金刚石膜以及反应产物进行了Raman光谱和X射线衍射谱(XRD)分析,从而初步得到了该方法抛光金刚石的抛光机理.研究表明抛光速率和质量与抛光温度、时间和加载的压力有关;在680℃抛光2h就已出现抛光效果;经过700℃,2h,加载为1N抛光条件的处理后表面粗糙度(Ra)由原来的5.9762μm降低到2.0247μm;在750℃时获得了较高的抛光率,约35μm/h.     

电化学抛光技术新进展

随着材料加工不断地向精密化方向发展, 传统抛光技术很难达到高精度的表面抛光要求.作为新型抛光技术一个很重要的分支, 电化学抛光以其加工效率高、工件无损耗、表面光滑、无内应力、不受材料硬度的限制等优点,在表面抛光领域中得到快速的发展.简要介绍了电化学抛光的原理和特点,总结了影响电化学抛光效果的主要因素,综述了电化学抛光技术的新进展.     

固结磨料研磨与抛光的研究现状与展望

分析了传统游离磨料研磨抛光存在的缺点和固结磨料的研磨抛光的优点;阐述了固结磨料研磨抛光的材料去除机制以及固结磨料研磨盘抛光技术在氮化硅陶瓷加工、半导体制程中的应用;介绍了多种固结磨料研磨盘、抛光垫的制作方法;并展望了固结磨料的研磨抛光的发展趋势。     

电解抛光法制备钛合金EBSD样品

采用5%的高氯酸乙醇溶液对TC4钛合金进行电解抛光,测得了相应的电解抛光特征曲线。随抛光温度升高,电解抛光特性曲线上拐点处对应的分解电压先减小后增大,20℃时达到最低。借助场发射扫描电镜(FE-SEM)分析了抛光电压、搅拌和抛光时间等参数对TC4钛合金抛光效果的影响,借助EBSD技术验证了抛光效果。TC4钛合金的最佳电解抛光条件:电解抛光温度20℃、电压28 V、电流密度0.98 A/cm2、搅拌、电解抛光时间25 s。     

基于磁流变技术的微孔内壁抛光装置研制及性能研究

目的基于磁流变技术研制适用于微孔内壁抛光的装置。方法利用磁流变抛光液的性质,借鉴传统的抛光原理,设计并研制了适用于微孔内壁抛光的抛光装置,并对该装置进行了一系列的性能研究。基于该微孔内壁抛光装置对多孔镍样品及平片硅样品进行了不同条件下的抛光研究,并对抛光结果进行了分析。结果此抛光装置的性能研究结果表明,该装置产生的交变磁场均匀、稳定,符合模拟预期,可用于进一步的样品抛光研究。利用此抛光装置,虽然在多孔镍样品的抛光上没有较为明显的效果,但平片硅样品的粗糙度却由1.24 nm下降至0.56 nm,具有较大改善。在平片硅样品的抛光研究中,进一步发现随着时间的增加,其粗糙度不断下降。结论自行搭建的基于磁流变技术的微孔内壁抛光装置可对平片硅进行抛光。     

模具电化学抛光的优越性

模具的抛光目前仍然是一个难题。大家所熟悉的一般是机械旋转抛光及超声波抛光。但对电化学抛光还比较生疏,缺乏这方面的技术及经验。本文介绍了一种电解抛光设备,为模具及复杂零件的抛光难题探索了一条行之有效的途径。     

LiTaO3晶片CMP过程工艺参数研究

采用不同抛光条件抛光LiTaO3晶片,通过测量其加工表面粗糙度和材料去除率,探讨了化学机械抛光去除机理,分析了抛光垫材料和状态、抛光压力、抛光盘转速等因素对LiTaO3晶片抛光表面质量和材料去除率的影响规律,并获得了LiTaO3晶片CMP加工的有效工艺参数.实验表明,为获得LiTaO3晶片超精密表面,可采用沥青和平绒布抛光垫进行粗抛和精抛,然后采用旧无纺布(抛光垫)进行终抛,获得较大工件去除率和较光滑表面,得到良好的综合抛光效果.在修正环型超精密抛光机上,理想的LiTaO3工艺参数为:抛光压力为7.25 kPa,抛光盘转速为60rpm.     

氮化硅陶瓷滚子的油基磁流变抛光液研究

针对氮化硅陶瓷滚子磁流变抛光的工艺技术,提出了所用油基磁流变抛光液的基本要求,确定了该磁流变抛光液的各组分及其最佳体积比,并研究了配制方法;利用陶瓷滚子抛光试验机研究了磁流变抛光液不同抛光磨料、不同粒径对氮化硅陶瓷滚子抛光质量和抛光效率的影响规律。结果表明:配制的磁流变抛光液具有良好的稳定性,能够满足氮化硅陶瓷滚子的抛光要求;抛光效果随着抛光磨料及其粒度大小的不同而不同,其中以氧化铝为磨料的磁流变抛光液对陶瓷滚子抛光的表面粗糙度值最小,以金刚石微粉M1.5/3为磨料的磁流变抛光液对陶瓷滚子抛光的材料去除率最高。     

串并联抛光机构抛光盘位姿与抛光力控制的研究

为了解决汽车车身抛光技术对于人工抛光工艺的依赖,提出一种用于自适应调节抛光盘位姿和抛光力的串并联抛光机构。该机构能够根据未知曲面的面型特征对x-y平面的位移、偏转和俯仰模态下的角位移以及法向抛光力进行自动调整,实现未知曲面法线方向上的抛光盘位姿和抛光力的准确控制。首先,对应用于自动抛光未知曲面的串并联抛光机构的具体结构和相关参数进行介绍;然后,分别介绍了抛光盘位姿控制和曲面法线方向上抛光力控制原理,基于模态解耦法提出并联机构控制原理;随后,分别描述了抛光盘位姿、抛光盘与曲面接触点之间的相对位置以及抛光力的具体实现方法;最后,提出抛光盘位姿和抛光力自适应协同控制框图,为未知曲面自动抛光的实现提供了一种可借鉴的控制方法。     

钢材料表面的激光抛光技术及应用

激光抛光是一种非接触式材料表面抛光技术,可以在不损耗自身材料的情况下,对材料表面进行抛光处理,这是其他抛光工艺所不具备的特点。激光抛光技术是一种拥有高精度、高效率、无污染等优点的表面加工工艺,为更好地研究钢材料的激光抛光技术,详细总结了近年来国内外钢材料激光抛光技术的发展情况。从激光器选择、仿真模型的建立等方面介绍了钢材料激光抛光的发展趋势,并通过实验证实了在激光抛光后材料表面粗糙度要远低于初始表面。     

磨料振动对曲轴抛光的影响

为了探究曲轴抛光中磨料振动对抛光精度及抛光效率的影响,对磨粒振动进行了力学分析,确定了磨料的径向运动与抛光精度及抛光效率的关系。通过UG后处理模块进行了模拟仿真及干涉实验,并改进了一台传统的曲轴抛光机使其能够完成磨料抛光实验。UG运动仿真及抛光实验结果表明,在改进后的曲轴抛光机中增加磨粒径向运动不会产生运动干涉,同时能够大幅度提高曲轴抛光效率及抛光精度。添加磨料振动后的曲轴抛光表面粗糙度可降至0.5μm,抛光效率是未添加磨料振动抛光的三倍以上。     

液压舵机壳体环槽倒角抛光技术研究

对航空液压舵机壳体高精度功能孔环槽倒角的数控抛光技术进行了研究。从抛光工装、抛光轨迹、抛光参数等方面进行了比较全面的阐述。经试验验证,该抛光方法具有抛光效果好、实用性好以及可控性好等优点,适合作为提高环槽倒角粗糙度的工艺方法。     

电子束抛光技术的研究进展

随着现代制造业的发展,人们对于工件表面的精密性和质量提出了更高层次的要求,而抛光工艺不但影响产品的使用性能而且也影响产品的档次.传统的抛光工艺存在一些难以克服的问题,已很难满足当前对高质量工件表面性能的需求,作为新型非接触式抛光工艺的一种——电子束抛光,在目前的研究领域展现出显著的优势.本文概述了几种抛光技术的优缺点,并重点介绍了一种新型材料表面处理技术——电子束抛光,阐述了电子束表面抛光的基本原理及国内外电子束抛光的发展.介绍了电子束抛光作为一种新型表面抛光方法 在研究领域中的应用,并综述了近年来电子束抛光研究的发展动态,简述了国内外相关领域的主要研究成果及取得的进展,包括电子束抛光机理的研究、不同材料电子束工艺参数的确定、入射角度对抛光效果的影响、物理模型的建立以及电子束抛光产生的熔坑、裂纹研究,并对电子束抛光技术未来的发展方向和前景做出了展望.电子束抛光技术作为一种极具优势的高能束表面改性技术将占据无法替代的地位.     

机器人模具抛光的研究现状与发展趋势

从机器人的本体结构和末端执行器的控制系统、模具抛光的工艺参数、固连于机器人末端的抛光工具和抛光路径规划等几个方面分别阐述了机器人模具抛光的研究现状,并介绍了机器人模具抛光系统的发展趋势。     

三体抛光单晶硅表面原子的分子动力学仿真

为阐明双金刚石磨粒在三体抛光过程中的抛光机理、材料去除机理以及单晶硅原子的演变机理,研究建立了三维的三体抛光模型,利用分子动力学仿真了双磨粒抛光单晶硅的过程,通过改变两个磨粒之间的横向距离和抛光深度来分析其对温度、势能、配位数、抛光力和表面形貌的影响.仿真结果表明,抛光深度是影响温度的主要因素,磨粒之间的横向间距对系统...     

钛合金结构件磁流变电解复合抛光试验研究

目的 针对钛合金结构件高质高效抛光需求，提出了磁流变电解复合抛光新方法，探究不同抛光参数对钛合金表面质量的影响，以实现钛合金构件的高质高效抛光。方法 深入探究了加工电压、加工间隙、电解质质量分数和抛光转速等参数对钛合金抛光表面粗糙度以及粗糙度变化率的影响，分析了不同抛光参数下的钛合金表面形貌变化，验证了磁流变电解复合抛光钛合金的可行性。结果 随着电解液中Na NO3质量分数的提高，钛合金表面粗糙度先减小后增大，质量分数为1.0%～2.5%时，得到了优于单磁流变抛光加工的抛光效果。不同加工电压下的表面粗糙度对比结果表明，在加工电压为0.1 V时，钛合金加工后表面粗糙度达到最小，而后随着加工电压的增大，加工区域表面粗糙度呈现增大趋势；随着加工间隙的增大，钛合金抛光表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势；随着抛光工具转速增大，钛合金加工后表面粗糙度先减小后增大。相比于单一的磁流变抛光，磁流变电解复合抛光钛合金90 min，可使表面粗糙度从初始323 nm降低至15nm，加工效率提高了62.5%。结论 磁流变电解复合抛光工艺能够用于钛合金人工关节假体高效高质量的抛光。