大尺寸Si片自旋转磨削表面的损伤分布研究

为了更好地评价大直径Si片磨削加工损伤深度的大小和分布,提高下道抛光工序的效率,采用角度抛光法和方差分析法研究了Si片表面的损伤分布.结果表明,采用自旋转磨削方式磨削的Si片表面的损伤分布不均匀,沿圆周方向在(110)晶向处的损伤深度比在(100)晶向处的损伤深度大,沿半径方向从圆心到边缘损伤深度逐渐增大,损伤深度的最大差值约为2.0um.该分布规律对检测损伤深度时样品采集位置的选取及提高抛光加工效率均有重要的指导意义.     

激光加工熔池自由表面形貌的理论研究

报道了激光加工的包含熔池自由表面的准稳态有限元模型。研究表明:Marangoni力和蒸气压力是决定自由表面形貌的内在因素,当熔池温度低于沸点时,前者是主要原因,并且重力方向变化对表面形貌有明显的影响;气流是主要的外在因素,它的分布和大小能明显影响熔池自由表面形貌。     

超声磨削表面三维形貌建模与试验研究

为了研究超声磨削的工件三维形貌,建立了砂轮表面三维形貌,通过对超声磨削磨粒运动轨迹分析,建立了磨粒在工件表面的切削过程模型。提出了大量随机分布磨粒切削工件路径的离散算法和最小高度值包络曲面提取算法,实现了超声磨削表面三维形貌的建立。进行超声磨削试验,结果表明：该模型能有效预测超声磨削的表面形貌,为超声磨削的工艺优化提供了理论依据。     

激光微造型的非配合摩擦副表面增摩特性研究

为了研究非配合摩擦副工件不同表面形貌对表面摩擦性能的影响,根据非配合摩擦副的摩擦特性,采用连续激光加工方法,在试件表面上加工出网状分布的凹坑形貌以形成环形凸起形貌,将凹坑直径、加工区域占有率、平均深度等参量作为分析变量,对试样进行了表面形貌检测与摩擦磨损测试。结果表明,表面摩擦系数随着凹坑深度的增加而增大,达到增摩效果,微结构区域面积占有率对摩擦系数的影响不是很明显。     

砂轮粒径对磨削后Si片表面形貌的影响

磨削工艺被广泛应用于大直径Si衬底的制备中,而由磨削带来的Si片表面损伤及形貌对后续加工有较大的影响.利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、喇曼光谱仪等工具对经过2000#、3000#、8000#砂轮磨削的Si片表面损伤层厚度及表面形貌进行了一系列测试,通过对测试数据的分析,得到了不同粒径磨削砂轮的优缺点,在此基础上提出了将传统单步磨削工艺优化为2000#磨削+8000#磨削的两步加工工艺,该工艺既可以保证较高的Si片表面质量,又具有较高的生产效率.     

摩托车缸套表面激光微造型润滑特性数值分析

为了研究改善摩托车发动机活塞环和缸套的摩擦性能、提高燃油经济性,采用激光表面微造型的方法,在缸套内表面加工出规则微观几何形貌。建立了均匀分布、球冠形状微造型的润滑理论模型,包括雷诺方程、油膜厚度方程、动力学方程等。使用多重网格数值方法进行编程求解,得出了活塞环与缸套间的流体动压和油膜厚度分布。仿真结果表明,在假设为平面的两个配合表面之间,表面微造型也能有效地产生流体动压效应,提高润滑性能。     

原子力显微镜在金刚石表面微结构分析中的应用

本文报告用原子力显微镜（AFM）测量金刚石精密加工表面的微观结构,获得了用机械抛光法与热化学抛光法得到的表面纳米级形貌。前者呈直线纹理,反映出金刚石磨料的刮削机理,后者表面较平滑,无明显加工纹理,但在磨削方向出现一些蚀坑,反映出碳原子扩散的化学磨削机理。     

微小型高压力流体电磁控制阀

用于航空航天领域微流量控制系统中的微小型阀,需要具有耐高压、低泄漏、高频响和高控制精度等综合性能。本文提出了一种可控高压力微流体的常闭微小型阀的设计方案用于满足该系统需要,其特点在于采用以较小的致动力控制较高的流体压力的结构原理,并以弹性材料薄膜作为阀芯的支承结构件同时作为密封件。该阀由其本体结构和外置致动器两部分构成,其本体结构的设计在制作工艺上适合进一步的微小型化,外置致动器的设计具有较大灵活性。初步研制了采用电磁致动的小型常闭阀样机既可控气体又可控液体的特性。实验测试其工作压力范围为0～5atm,阀的驱动响应时间小于5ms,流量控制分辨率达到9μL／pulse,无泄露。     

大型非球面能动磨盘精磨技术

计算机控制能动磨盘加工技术是集传统加工技术、能动技术和数控技术为一体的大型非球面光学元件先进制造技术。基于Preston方程，通过对能动磨盘结构的研究，建立了工件的能动磨盘磨削函数；分析了能动磨盘分别位于工件中心孔和外缘处产生的边缘效应，并建立相应的边缘效应函数；由此得到用于描述能动磨盘加工的数学模型。在该模型的指导下完成了Φ1 200 mm（F/1.5）非球面主镜能动磨盘精磨加工，实现了主镜面形误差的均方根值从4.5 μm（峰谷值26.8 μm）收敛到0.36 μm（峰谷值2.8 μm）。     

GCr15轴承钢表面的激光凹/凸微织构工艺

采用光纤激光器对GCr15轴承钢试样表面进行了激光织构加工,使用共聚焦显微镜观察了微织构的形貌,分析了功率、脉宽、重复次数对织构点形貌的影响。试验结果表明,织构点直径随脉宽的增大而增大,在一定脉宽范围内,织构点深度随脉宽的增大而明显增大;在单脉冲作用下,当脉宽为1000μs时形成凸起形貌,当脉宽增大到5000μs以上时形成凹坑形貌;随着功率的增大,织构点的直径和深度增大;随着重复次数的增加,热效应尤为明显,凹坑先逐渐变深然后部分被填平,凸起高度先不变然后急剧增大。研究验证了同一台激光器同时实现凹/凸微织构的可行性,为实现表面不同形貌的加工提供了新的思路。     

单晶硅片磨削损伤的透射电子显微分析

为了揭示硅片自旋转磨削加工表面层损伤机理,采用透射电子显微镜对硅片磨削表面层损伤特性进行了分析.结果表明:粗磨Si片的损伤层中有大量微裂纹和高密度位错;半精磨和精磨si片的损伤层中除了微裂纹和位错外,还存在非晶硅和多晶硅(Si-I相和Si-III相).从粗磨到半精磨,Si片的非晶层厚度从约Onm增大到约110nm;从半精磨剑精磨,Si片的非品层厚度由约110nm减小至约30nm,且非晶层厚度的分布均匀性提高.从粗磨到精磨,Si片损伤深度、微裂纹深度及位错滑移深度逐渐减小,材料的去除方式由脆性断裂方式逐渐向塑性方式过渡.     

Molecular dynamics study on the thickness of damage layer in multiple grinding of monocrystalline silicon

The molecular dynamic (MD) simulation of monocrystalline silicon under multiple grinding is carried out to study the effect of multiple grinding on the thickness of damage layer. Four grinding processes are conducted on (0 0 1) along 〈−1 0 0〉 direction. The depth of grinding of the first grinding is 20 Å. The subsequent grinding is machining on the machined surface with a damage layer left by the first grinding. The second grinding is a spark-out process and the depth of grinding of the third and fourth grinding increases by 5 Å compared with the previous grinding. The changes of structures and mechanical properties of the damage layer in the machined surface after the first grinding are investigated by coordination number (CN), the radial distribution functions (RDF) and nanoindentation. The thickness of the damage layer left by the first grinding can be reduced stably in the second and third grinding, but it will increase in the fourth grinding. Therefore, two more grinding steps between the third and fourth grinding are carried out. One is the spark-out process and the depth of grinding of the other increases by 2 Å compared with the third grinding. The results show the spark-out process can remove the springback left by the previous grinding and promote the residual compressive stress in the machined surface, which can improve the accuracy and quality of grinding. The thickness of damage layer induced by the first grinding can be reduced without new damage structures generating. However, it cannot be reduced unlimited. When the thickness of damage layer reaches half of the original thickness, a re-grinding will cause new damage structures, and the thickness of damage layer will increase. The depth of grinding is suggested to be less than half of the original damage thickness to reduce the damage layer. The research results can be applied in the ultra-precision grinding of monocrystalline silicon to control the thickness of damage layer and improve the quality of machining.     

凹槽深度与槽栅PMOSFET特性

基于能量输运模型对由凹槽深度改变引起的负结深的变化对深亚微米槽栅PMOSFET性能的影响进行了分析,对所得结果从器件内部物理机制上进行了讨论,最后与由漏源结深变化导致的负结深的改变对器件特性的影响进行了对比.研究结果表明随着负结深(凹槽深度)的增大,槽栅器件的阈值电压升高,亚阈斜率退化,漏极驱动能力减弱,器件短沟道效应的抑制更为有效,抗热载流子性能的提高较大,且器件的漏极驱动能力的退化要比改变结深小.因此,改变槽深加大负结深更有利于器件性能的提高.     

凹槽深度与槽栅PMOSFET特性

基于能量输运模型对由凹槽深度改变引起的负结深的变化对深亚微米槽栅 PMOSFET性能的影响进行了分析 ,对所得结果从器件内部物理机制上进行了讨论 ,最后与由漏源结深变化导致的负结深的改变对器件特性的影响进行了对比 .研究结果表明随着负结深 (凹槽深度 )的增大 ,槽栅器件的阈值电压升高 ,亚阈斜率退化 ,漏极驱动能力减弱 ,器件短沟道效应的抑制更为有效 ,抗热载流子性能的提高较大 ,且器件的漏极驱动能力的退化要比改变结深小 .因此 ,改变槽深加大负结深更有利于器件性能的提高 .     

Feed rate optimization and depth of cut control for productivity and part parallelism in grinding

A method is presented for optimizing the horizontal feed rate when using depth of cut manipulation to improve part parallelism in grinding. In vertical spindle surface grinding, achievable single pass tolerances are often limited by the grinding wheel and machine compliance. Previous work consisted of precisely adjusting the depth of cut during grinding to enhance the dimensional tolerance without the need of additional spark-out passes. This work extends the previous work by optimizing the horizontal feed rate for cost functions based on a weighting of processing time and a term related to the dimensional error in the part. In the optimization, a force model predicts the grinding force. Experimental results for six optimization weightings are given which demonstrate the effectiveness of the feed rate optimization as compared to a constant feed rate with the same processing time in the context of the parallelism of the ground part.     

原子量级条件下单晶硅磨削过程中的亚表面损伤

应用分子动力学仿真研究了原子量级条件下磨粒钝圆半径、磨削深度和磨削速度对单晶硅磨削后亚表面损伤层深度的影响.分子动力学仿真结果表明:在磨削深度和磨削速度相同情况下,随着磨粒钝圆半径的减小,损伤层深度和硅原子间势能亦减小.随着磨削深度的增大,损伤层深度和硅原子间势能增大.在磨削深度和磨粒钝圆半径相同的情况下,在20～200 m/s范围内,磨削速度对单晶硅亚表面损伤影响很小,说明分子动力学仿真对磨削速度的变化不敏感,因此可以适当提高仿真速度,从而缩短仿真时间和扩大仿真规模.单晶硅亚表面损伤主要是基于硅原子间势能的变化,并通过超精密磨削实验进行了实验验证.     

原子量级条件下单晶硅磨削过程中的亚表面损伤

应用分子动力学仿真研究了原子量级条件下磨粒钝圆半径、磨削深度和磨削速度对单晶硅磨削后亚表面损伤层深度的影响.分子动力学仿真结果表明:在磨削深度和磨削速度相同情况下,随着磨粒钝圆半径的减小,损伤层深度和硅原子间势能亦减小.随着磨削深度的增大,损伤层深度和硅原子间势能增大.在磨削深度和磨粒钝圆半径相同的情况下,在20～200 m/s范围内,磨削速度对单晶硅亚表面损伤影响很小,说明分子动力学仿真对磨削速度的变化不敏感,因此可以适当提高仿真速度,从而缩短仿真时间和扩大仿真规模.单晶硅亚表面损伤主要是基于硅原子间势能的变化,并通过超精密磨削实验进行了实验验证.     

平顶光束激光冲击2024铝合金诱导残余应力场的模拟与实验

对平顶光束激光冲击2024铝合金诱导的残余应力情况进行了有限元模拟与实验研究。改进了平顶光束诱导冲击波的压力分布模型,并将该模型用于残余应力场的有限元模拟。在实验室环境下获得了适合用于激光冲击的高质量平顶光束,并使用该光束进行激光冲击2024铝合金的实验,实验结果和模拟结果基本一致。研究发现平顶光束冲击2024铝合金有如下特点:存在一个阈值,当激光冲击波压力小于该阈值时,影响区内残余应力场近似均匀分布;当冲击波压力大于该阈值时会引起"残余应力洞",但该"残余应力洞"内部近似均匀分布。在深度方向上,塑性影响深度和最大残余应力深度随激光冲击波压力的增加而增加。     

陶瓷刀具表面微织构激光加工工艺的实验研究

较好的刀具表面微织构可以改善刀具摩擦磨损性能,提升刀具切削性能,延长刀具使用寿命。针对光纤激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光功率、频率、扫描速度和扫描次数对微沟槽尺寸和形貌的影响进行了实验研究。确定了使用1064 nm波长光纤激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参数。选用不同形貌微织构和无织构刀具进行摩擦磨损实验并进行对比。实验结果表明,微织构可以降低陶瓷刀具表面摩擦系数,提高其抗磨损性能。微织构沟槽深度或宽度较大时作用效果较差。     

基于尺度—小波能量谱的船舶水压场信号检测

 为了有效地从风浪背景中检测船舶水压场信号,本文利用连续小波变换分析了实测海浪水压场与船舶水压场的尺度—小波能量谱,根据两者的能量差异,提取某一特征尺度范围内的能量和为特征,采用滑动检测方法对信号进行实时检测.通过实测数据和仿真数据对该检测算法进行验证,结果表明此方法在低信噪比情况下,能较好的检测到目标信号.