介电泳抛光方法及其电极形状的实验研究

目的验证介电泳抛光方法的有效性,研究电极形状对介电泳抛光方法均匀性、抛光效率和去除率的影响。方法选取直径76.2 mm的单晶硅片为实验对象,进行传统化学机械抛光(CMP)实验和使用4种电极形状的介电泳抛光实验,每隔30 min测量硅片不同直径上的表面粗糙度以及硅片的质量,然后对测量的数据进行处理和分析。结果与传统CMP方法比较,使用介电泳抛光方法抛光的硅片,不同直径上的表面粗糙度相差小,粗糙度下降速度快,使用直径60 mm圆电极形状介电泳抛光时相差最小,粗糙度下降最快。介电泳抛光方法去除率最低能提高11.0%,最高能提高19.5%,最高时所用电极形状为内径70 mm、外径90 mm的圆环。结论介电泳抛光方法抛光均匀性、效率和去除率均优于传统CMP方法。     

固液两相流下离心泵内特性和颗粒分布的数值模拟研究北大核心CSCD

基于计算流体动力学(CFD)和数值模拟的方法,研究固液两相流下的离心泵内特性变化规律、颗粒分布和速度,从而进一步探索离心泵的磨损规律。计算结果表明,颗粒的浓度和密度对离心泵内特性存在一定的影响,总压和湍动能系数k(液相)随着θ角度增大呈现出周期性波动的现象,并且总压和湍动能系数k(液相)在不同的工作条件下的波动的规律比较相似。在不同的颗粒浓度下,蜗壳中固相颗粒浓度沿着蜗壳半径方向向外逐渐增大,其中隔舌出口附近的蜗壳内边缘处的浓度最高,且在隔舌出口附近颗粒分布较为不均匀。此外,颗粒密度对颗粒在离心泵内分布的影响较为明显。相比于大密度颗粒工况,当颗粒密度较小时,离心泵流道内颗粒分布较为均匀。颗粒速度大小和浓度的分布在叶片的工作面和背面有着明显的不同,在叶片工作面上,颗粒在叶轮进口附近易集中,在叶片背面上,颗粒在叶轮进口附近和叶片末端易集中,从而推断在叶片工作面入口上边缘处和在叶片背面的末端磨损更有可能被磨损。     

基于流体自激的磨料水射流加工仿真与实验

针对先进陶瓷材料的高效、精密加工,提出了一种基于流体自激的新型磨料水射流加工方法——自激振荡磨料水射流加工(SEO-AWJM)。采用ANSYS Fluent大涡模拟模型进行了流体仿真,仿真结果表明：当入口流速为135 m/s,腔长为4 mm时,下游喷嘴出口脉冲率最大达到28.47%。射流束的脉冲特性使得工件表面停滞层周期性变化,从而获得更高的峰值壁面剪切力,且该力在工件表面往复移动。通过SEO-AWJM实验,调节腔室长度获得最佳流体自激效果并对氮化硅基片进行加工。实验结果表明：定点加工10 min,使用磨料水射流加工去除最大深度为7.5 μm,使用SEO-AWJM去除最大深度为9.4 μm。初始表面粗糙度Ra为108.9 nm,磨料水射流加工6次后,Ra达到稳定值47.9 nm,SEO-AWJM加工4次后,Ra达到稳定值51.3 nm。     

PVA/PF复合凝胶磨具精密磨削碳化硅陶瓷工艺实验研究

目的针对传统粉末热压成形细粒度金刚石磨具存在颗粒团聚、磨削碳化硅陶瓷容易在表面产生较深划痕的问题,提出一种基于冷冻-解冻凝胶成形的细粒度金刚石磨具,用于精密磨削碳化硅陶瓷,并研究其加工工艺。方法制备聚乙烯醇-酚醛树脂复合凝胶胶水,将金刚石和填料在凝胶胶水中剪切分散,得到的浆料浇筑在模具中,在–20℃低温条件下反复冷冻,形成胶体,再经干燥、烧结,得到粒度为2.5μm的细粒度金刚石磨削磨具。采用制备的金刚石凝胶磨具磨削碳化硅平面反射镜,对比不同磨具转速、进给速度、磨削深度工艺条件下的表面磨削质量。结果在低温条件下,聚乙烯醇-酚醛树脂分子链发生了物理交联,形成凝胶体,凝胶结合剂结合强度高,且分布均匀,所制备的凝胶磨具强度高于热压磨具,该方法可以解决传统粉料压制成形方法容易出现物相团聚、微观结构不一致的问题。磨削结果显示,当磨削进给速度为0.008 mm/min、磨具转速为1450 r/min、磨削深度为0.016 mm、转台转速为60 r/min时,获得了表面粗糙度Ra低于3.5 nm的镜面磨削效果,表面质量好于热压磨具磨削效果,3个?100 mm区域平面度PV值均小于0.5μm。结论采用聚乙烯醇-酚醛树脂复合凝胶成功制备了细粒度金刚石磨削磨具,通过优化磨削工艺参数,为碳化硅平面反射镜镜面加工提供了一种新的加工工艺。     

介电泳抛光专用高压可调电源的研制

针对介电泳抛光对电源电压、频率、波形有特殊要求这一问题,对电源的信号发生电路,信号放大电路,直流升压电路,光耦及逆变电路等方面进行了研究和归纳,研制了一套适用于介电泳抛光的专用高压可调电源。通过直流升压电路为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变电路提供了电压,单片机通过IGBT光耦驱动来控制IGBT模块的开关状态,最终将逆变电路中负载电阻两端的电压并联到抛光机上、下盘的电极。利用介电泳抛光加工与传统抛光加工的对比实验对高压可调电源进行测试。研究结果表明,电源各项指标均达到设计要求,且使用该电源的介电泳抛光材料去除率提升了15.5%,验证了这种高压可调电源原理的可行性及工程应用价值。     

基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺研究北大核心CSCD

利用光学光刻技术进行多种形状规格聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳敏感结构的并行加工。研究了基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺,并加工出不同形状、、不同大小的PDMS微纳敏感结构。此外,对加工后的PDMS微纳敏感结构薄膜进行表征,观察了不同形状、不同大小的PDMS微纳敏感结构的形貌特征。结果表明:基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺具有加工效率高,加工过程中不需要刻蚀、激光加工等复杂工艺和昂贵设备的特点,并且实现了大批量PDMS微纳敏感结构的并行加工。同时,掩模板上的微纳图案较好地转移到PDMS薄膜上,具有较好的图案曝光成像和图形转移效果。此外,制备的PDMS微纳敏感结构形状较规则、排列整齐,并且不同形状,不同大小的PDMS微纳敏感结构都具有高度一致性较好,侧面轮廓分明,侧壁角接近90°的特征。