基于AFM的化学机械抛光磨粒模拟研究

当前的化学机械抛光(CMP)磨损模型中大多数都缺少微观试验数据的支持。为进步揭示CMP中纳米磨粒对材料表面的磨损机制,提出了采用原子力显微镜(AFM)来模拟CMP中的单个磨粒的试验方案,并验证该模拟试验方案的可行性。结果表明:采用AFM探针来模拟CMP过程中单个磨粒对芯片表面的磨损与相互作用的试验方案是完全可行的;可以通过AFM探针对芯片表面的相互作用与磨损,模拟得出单个磨粒对芯片表面的作用与磨损状况,并可以在此微观试验数据的基础上建立起新的CMP磨损模型。     

粘着力对化学机械抛光芯片分子去除机理影响的数学模型

基于芯片/磨粒/抛光垫的微观接触力平衡关系,建立了考虑抛光垫/磨粒大变形和粘着力效应的微观接触模型.模型预测结果表明:对于Cu和SiO2芯片而言,粘着力对磨粒所受外力具有重要影响作用;考虑粘着力的情况下,单个磨粒压入芯片的深度比未考虑粘着效应时,最大为原来的2倍和4倍.然而,即使考虑粘着效应时,磨粒压入芯片的深度仍然在分子量级.因此,认为CMP材料的去除机理为单分子层去除机理.为深入研究CMP材料原子/分子去除机理提供了一定的理论指导.     

镀镍钢丝圈耐磨性能的研究

为探寻国产钢丝圈使用寿命短的原因,缩短与国际先进水平的差距.对国产主流产品电镀镍钢丝圈和国际先进水平的同类产品进行了对比分析.结果表明:国产镀镍钢丝圈早期磨损失效的主要原因是镀镍层薄过早剥落,未能发挥出应有的减磨效能;而表面粗糙使走熟期偏长、稳定期极短是毛羽纱多的主要原因.通过工艺试验提出了改进镀前抛光工艺、降低钢丝圈镀前表面粗糙度、增强镀层与基体结合强度是提高钢丝圈耐磨寿命的有效途径.     

电潜泵油气分离器测试工艺研究

通过对分离器的应用环境进行分析,得出了分离器入口与排气口压力之间的关系,确定了分离器的测试参数。根据分离器测试装置及压力条件,制定了分离器的测试工艺。根据测试工艺对101系列旋转式分离器进行性能测试,结果表明:分离器的扬程随流量的增加而减小,最大扬程约5.5 m,在流量为200 m3/d时,扬程约0.5 m;分离器的分离效率随入口流量的增加而增加,在流量为200 m3/d时,分离效率超过60%;气体体积分数随入口流量的增加而减小,在流量为200 m3/d时,气体体积分数超过25%。     

一种基于非晶层粘性流动的机械化学抛光模型

通过分析单个微纳米磨粒滑动接触的分子动力学模拟的研究结果，提出了在典型的机械化学抛光（CMP）过程中芯片表面材料的去除应为表面非晶层物质粘性流动所致的新观点。基于这种机理，应用微观接触力学和磨粒粒度分布理论建立了一种新的表征CMP过程材料去除速率的数学模型。模型中引入了一个表征单个磨粒去除芯片表面非晶层能力的比例系数k，k综合反映了磨粒的机械作用、抛光液对芯片表面的化学作用和芯片的材料特性。通过实验验证发现该模型的理论预测值与实验测定值十分吻合。     

基于重力势能锁止的被动式下肢外骨骼参数优化

设计了一款基于重力势能锁止的被动式下肢外骨骼,将人体行走过程中多余的重力势能通过弹簧机构转换为行走过程的动能。为了使外骨骼能够更精准地模拟人体行走过程,达到最佳助力效果,通过使用ADAMS软件进行动力学仿真,与正常人体行走数据匹配,优化弹簧的参数,获得了最佳的助力性能。最终得到最佳的弹簧参数组合为L=120 mm,k=7 N/mm,此参数组合的情况下与人体正常行走参数可达到最佳的匹配度。     

纺织机钢丝圈表面类金刚石膜的制备及摩擦特性研究

为提高纺织机高速纺纱工况下钢丝圈表面的磨损性能,采用直流等离子气相沉积法在钢丝圈表面制备类金刚石涂层(DLC),采用原位扫描探针显微镜观测涂层表面形貌,测量并计算涂层硬度。结果发现,DLC涂层颗粒粒径约为100 nm,呈岛状聚集分布,硬度约为18 GPa。采用球-盘式摩擦试验机研究DLC涂层在不同载荷(20~100 N)和不同转速(100~600 r/min)条件下的摩擦特性。结果表明,在低载高速的条件下,DLC涂层具有良好的耐磨特性,符合钢丝圈的实际工况。采用傅里叶变换红外光谱分析涂层的磨损机制,结果发现,在摩擦磨损过程中从薄膜中释放出来的氢和涂层的剪切变形引起了DLC薄膜的石墨化SP^3/SP^2转变,从而降低了摩擦因数和磨损率。     

不同摩擦环境下GO/UHMWPE复合材料摩擦学行为研究

为推动超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在医学材料领域的应用,通过模压成型法制备氧化石墨烯(GO)/UHMWPE复合材料,并在干摩擦环境、去离子水及小牛血清中研究复合材料摩擦学行为。结果表明,随着GO的添加,复合材料的硬度明显增加。复合材料的摩擦系数在干摩擦过程中最大,去离子水过程中次之,小牛血清中最小。此外,同样条件下,GO/UHMWPE复合材料摩擦系数均比纯UHM WPE的大。三种条件下,磨损率与摩擦系数呈现相同的趋势,但是同样条件下,GO/UHMWPE复合材料磨损率明显小于纯UHM WPE。最后结合磨痕表面微观形貌,揭示不同摩擦环境下材料的磨损机制。     

化学复合镀Ni-P—PTFE的镀速及镀层摩擦学性能研究

在45#钢上化学镀Ni-P-PTFE复合镀层,其工艺流程主要包括化学机械抛光、碱性除油、活化、化学镀和干燥,研究了主盐和还原剂质量浓度、pH、温度以及PTFE体积分数对镀速的影响.观察了Ni-P-PTFE镀层的表面形貌,测试了镀层的摩擦性能.结果表明:当工艺条件为25 g/L硫酸镍、30 g/L次磷酸钠、10 mL/L PTFE.pH 4.6和温度(92±2)℃时,镀速最佳,镀层的摩擦因数在0.16～0.20之间,具有优良的耐磨性能.     

粘结性涂层的摩擦磨损特性

采用球-盘式摩擦磨损试验机,研究了粘结性钢-聚四氟乙烯涂层在不同速度和载荷条件下的摩擦磨损特性。采用扫描电子显微镜观测了磨损后涂层的表面形貌,探讨了涂层的摩擦磨损机理。研究发现:随载荷的增加,涂层的摩擦系数和磨损率降低;随速度的增加,涂层摩擦系数趋于恒值,而磨损率增加。扫描电子显微镜分析表明:这是由于高速条件下,涂层与滚球表面转移膜的形成引起的。