液流悬浮加工的工艺参数研究

提出了一种液流悬浮研抛加工的新工艺方法,开发了基于三坐标数控铣床的液流悬浮研抛试验系统.通过分析研抛过程的影响因素,确定了以研抛液介质、磨料(SiC)浓度、研抛头转速和研抛时间作为试验考察对象,并对光学玻璃K9进行研抛加工正交试验.试验结果证明了利用液流悬浮纳米磨料的方法可以实现光学晶体材料的亚微米去除和超光滑表面加工,并给出了各影响因素的优选结果.     

液流悬浮超光滑加工中流体动压力对加工效果的影响

建立了基于数控装备的液流悬浮超光滑加工系统,研制了可控制加工压力的柔顺加工装置。应用流体动压理论分析了液流悬浮超光滑加工过程中的流体动压力分布规律,研究了工具转速和加工间隙对流体动压力的影响规律,并通过实验得到了加工间隙和流体动压力对加工效果的影响规律。结果表明,随着工具转速的提高,流体动压力逐步增大,在工具转速为6000 r/min 左右时流体动压力达到最大值,然后又逐渐减小。随着加工间隙的增大,流体动压力逐步降低,并最终趋于稳定。加工间隙在5-40 µm时,加工效果比较明显。在工具转速为6000 r/min 左右、加工间隙在10 µm附近时,流体动压力增强为5N左右,加工效果最佳。     

硅晶片抛光加工工艺的实验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.设计了硅片双面抛光加工工艺新路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,实验研究了不同加工参数对桂晶片表面粗糙度和材料去除率的影响.采用扫描探针显微镜和激光数字波面干涉仪分别对加工后的硅晶片进行测量,实验结果表明:在优化实验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533nm的超光滑表面.     

导流式液流悬浮加工流场特性研究

为提高液流悬浮加工的效率,提出一种应用导流模块来改变悬浮液流场特性的液流悬浮加工方法。基于流体动压理论和可实现的k-ε湍流理论,建立导流式液流悬浮加工的动力学模型。研究发现,该加工方法的压力、速度参数在数值上与传统液流悬浮加工方法相比分别提高了5.04%和1%,且流体动压力和流体速度的大小与转速成正比,其流体动压力及速度最大值均出现在加工区最小间隙处。实验结果表明:当转速达到6500r/min时,工件加工区表面在加工90min后粗糙度值降至0.018μm,可得到比较理想的加工效果。     

磁流变-化学机械复合抛光装置设计

针对SiC晶片外延膜生长需达到原子级超光滑表面的要求以及加工效率低、表面精度差的问题,提出了一套磁流变-化学机械精密抛光装置,该装置利用软件平台对抛光盘和工件运动精确控制,并具有温度、转速等参数微调及显示功能。对装置的工作原理、结构进行了介绍,并在该装置上进行了工艺试验,取得较高的加工效率和光滑无损伤的加工表面。     

硅晶片抛光加工工艺的试验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加工方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.本文设计了新的硅片双面抛光加工工艺路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,通过试验,研究了不同加工参数对硅晶片表面粗糙度和材料去除率的影响.采用扫描探针显微镜和激光数字波面干涉仪分别对加工后的硅晶片进行测量,试验结果表明:在优化试验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533 nm的超光滑表面.     

抛光液pH值对玻璃超光滑表面完整性影响

为研究抛光液的pH值在精密抛光加工过程中对表面完整性的影响,选取K9玻璃为试件材料,用浮法抛光加工成超光滑表面,使用相同浓度的氢氟酸和氢氧化钠溶液对2个试件进行腐蚀,用原子力显微镜、扫描电镜和纳米硬度计测量作用不同时间段的表面质量,通过对比分析各作用时间段2个试件的表面粗糙度、表面形貌和表层硬度的相似和差异,研究了pH值对超光滑表面完整性的影响,得出在玻璃工件抛光加工中,抛光液为微碱环境有利于提高加工效率和得到高质量的超光滑表面.     

液动压悬浮抛光固液两相流CFD数值模拟及PIV验证

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相颗粒与工件表面撞击的过程,对不同加工工况下的固相颗粒与工件表面的撞击角度和速度进行了研究。采用计算流体力学方法建立了液动压悬浮抛光流场的三维模型,并输出了固相颗粒撞击工件表面的速度场;同时使用粒子图像测速方法对不同工况下的抛光流场进行了试验观测。研究结果表明:CFD模拟获得的撞击速度值与PIV观测值非常接近,且随转速增加,PIV观测值受固相颗粒之间的撞击效应影响越大;抛光过程中固相颗粒撞击工件表面的角度非常小,近似于在工件表面平行摩擦,且抛光盘转速和抛光液浓度对撞击角度的影响很小。     

模具液流悬浮抛光动态参数研究

为解决模具复杂型腔及异形孔自动化抛光问题,首先建立了模具液流悬浮抛光系统,开发了液流动压力监测平台,实现了抛光工具位置及转速控制;之后结合液流动压理论,分析了模具材料去除模型,获得了流场与压力分布规律;接着通过试验研究了转速和间隙对液流动压力的影响规律;最后优选了6 000 r/min转速和60μm间隙对模具工件进行了...     

GCr15长方形工件的纳米级表面超精密研磨技术研究

针对材质为GCr15轴承钢的长方形工件纳米级超光滑表面的技术要求,在CJY500超精密研磨机上,采用机械研磨和化学抛光相结合的非接触式超精密研磨(浮动研抛)方法,对长方形GCr15轴承钢工件进行超精密研磨抛光.结果表明:与其它研磨方法相比,此方法在获得纳米级表面粗糙度的同时,还能获得极高的面形精度,而且无加工变质层.     

新型环保抛光液的制备及其对软脆碲锌镉晶片的化学机械抛光

针对软脆碲锌镉晶片的传统加工工艺“游离磨料-抛光-化学机械抛光”存在的缺点,提出“固结磨料研磨-新型绿色环保抛光液化学机械抛光”新方法。固结磨料研磨工艺为：采用3000号刚玉防水砂纸,压力为17kPa,抛光盘与抛光垫转速均为80r/min,研磨时间为5min。新型绿色环保抛光液含有双氧水和硅溶胶,采用天然桔子汁作为pH值调节剂。化学机械抛光工艺为:采用自行研制的化学机械抛光液,绒毛抛光垫,抛光压力为28kPa,抛光盘与抛光垫转速均为60r/min,抛光时间为30min。试验结果表明,经过上述加工可获得超光滑的表面,表面粗糙度算术平均值、均方根值、峰谷值分别可以达到0.568nm、0.724nm、6.061nm。     

凝胶结合剂磨粒工具制备及其磨抛性能研究

提出基于溶胶凝胶原理制备大面积细粒度磨削与抛光工具的方法。比较了凝胶结合剂工具与烧结式金属结合剂工具在分散细粒度磨粒方面的效果,并将所制备的凝胶工具用于单晶硅片和天然石材的磨抛加工。结果表明,凝胶工具中磨粒分散的均匀性较烧结式工具有明显改善。与游离磨料加工相比,采用凝胶工具的磨抛加工能够更加高效率地获得更低粗糙度的单晶硅片表面。凝胶工具在加工硬质花岗石材时的材料去除能力不足。但是,在加工大理石材料时能够获得满意的表面光泽度。在初期磨抛阶段,凝胶工具磨损以磨粒磨损方式为主,随着加工过程的进行,会出现一定程度的磨料脱落。     

Effects of process parameters on surface roughness in abrasive waterjet cutting of aluminium

Abrasive waterjet cutting is a novel machining process capable of processing wide range of hard-to-cut materials. Surface roughness of machined parts is one of the major machining characteristics that play an important role in determining the quality of engineering components. This paper shows the influence of process parameters on surface roughness (R_a) which is an important cutting performance measure in abrasive waterjet cutting of aluminium. Taguchi’s design of experiments was carried out in order to collect surface roughness values. Experiments were conducted in varying water pressure, nozzle traverse speed, abrasive mass flow rate and standoff distance for cutting aluminium using abrasive waterjet cutting process. The effects of these parameters on surface roughness have been studied based on the experimental results.     

超微粒金刚石和富勒烯研具创建超平滑表面的研究

制备了超微粒金刚石和富勒烯研磨工具,并分别进行了硅片研磨试验,详细分析了两种材料的研磨特性如表面粗糙度的稳定性、磨料粒度对研磨效果的影响以及研磨材料的显微结构等。试验结果表明,使用0~1/8μm粒度的金刚石研具获得的表面粗糙度值大于使用0~1/4μm粒度金刚石研具的表面粗糙度值,这是因为磨粒被粘结剂覆盖所致。研究结果表明,采用富勒烯研具研磨硅片可获得Ra5nm的超平滑镜面。     

集群磁流变变间隙动压平坦化加工试验研究

为了提高光电晶片集群磁流变平坦化加工效果,提出集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法,探究各工艺参数对加工效果的影响规律。以蓝宝石晶片为研究对象开展了集群磁流变变间隙动压平坦化加工和集群磁流变抛光对比试验,通过检测加工表面粗糙度、材料去除率,观测加工表面形貌、集群磁流变抛光垫中磁链串受动态挤压前后形态变化,研究挤压幅值、工件盘转速、挤压频率以及最小加工间隙等工艺参数对加工效果的影响规律。试验结果表明：集群磁流变平坦化加工在施加工件轴向微幅低频振动后,集群磁流变抛光垫中形成的磁链串更粗壮,不但使其沿工件的径向流动实现磨粒动态更新、促使加工界面内有效磨粒数增多,而且在工件与抛光盘之间的加工间隙产生动态抛光压力、使磨粒与加工表面划擦过程柔和微量化,形成了提高材料去除效率、降低加工表面粗糙度的机制。对于2英寸蓝宝石晶电（1英寸=2.54 cm）集群磁流变变间隙动压平坦化加工与集群磁流变抛光加工效果相比,材料去除率提高19.5%,表面粗糙度降低了42.96%,在挤压振动频率1 Hz、最小加工间隙1 mm、挤压幅值0.5 mm、工件盘转速500 r/min的工艺参数下进行抛光可获得表面粗糙度为Ra0.45 nm的超光滑表面,材料去除率达到3.28 nm/min。证明了集群磁流变变间隙动压平坦化加工方法可行有效。     

大气等离子体抛光技术在超光滑硅表面加工中的应用

发展了大气等离子体抛光方法,并用于超光滑表面加工。该技术基于低温等离子体化学反应来实现原子级的材料去除,避免了表层和亚表层损伤。运用原子发射光谱法证明了活性反应原子的有效激发,进而揭示了特定激发态原子对应的电子跃迁轨道。在针对单晶硅片的加工实验中,应用有限元分析法在理论上对加工过程中的空间气体流场分布和样品表面温度分布进行了定性分析。后续的温度检测实验证实了样品表面温度梯度的形成,并表明样品表面最高温度仅为90 ℃。材料去除轮廓检测结果符合空间流场的理论分布模型,加工速率约为32 mm³/min。利用原子力显微镜对表面粗糙度进行测量,证实了加工后样品表面在一定范围内表面粗糙度Ra=0.6 nm。最后,利用X射线光电子谱法研究了该方法对加工后表面材料化学成分的影响。实验和检测结果均表明,该抛光方法可以进行常压条件下的超光滑表面无损抛光加工,实现了高质量光学表面的无损抛光加工。     

半固着磨具“陷阱”效应影响因素分析

以抛光后无表面损伤的单晶硅片为试件,以表面粗糙度Ra为指标,对半固着磨具的“陷阱”效应进行试验分析,讨论大颗粒浓度及尺寸、磨具硬度、加工载荷、磨具转速对“陷阱”效应的影响。研究结果表明：对一定尺寸的大颗粒,当大颗粒数量不超过临界值时,大颗粒可全部陷入,“陷阱”效应发挥;当大颗粒尺寸较大、磨具硬度较高、加工载荷较大时,不利于“陷阱”效应发挥。‘     

湿式机械化学磨削单晶硅的软磨料砂轮及其磨削性能

针对干式机械化学磨削(Mechanical chemical grinding, MCG)单晶硅过程中易产生磨削烧伤、粉尘多、加工环境差等问题,研制一种可用于湿式MCG单晶硅的新型软磨料砂轮,并对砂轮的磨削性能及其磨削单晶硅的材料去除机理进行研究。根据湿式机械化学磨削单晶硅的加工原理和要求,制备出以二氧化硅为磨料、改性耐水树脂为结合剂的新型软磨料砂轮。采用研制的软磨料砂轮对单晶硅进行磨削试验,通过检测加工硅片的表面/亚表面质量对湿式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行分析,并与传统金刚石砂轮、干式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行对比。采用X射线光电子能谱仪对磨削前后硅片的表面成分进行检测,分析湿式MCG加工硅片过程中发生的化学反应。结果表明,采用湿式MCG软磨料砂轮加工硅片的表面粗糙度Ra值为0.98 nm,亚表面损伤层深度为15 nm,湿式MCG软磨料砂轮磨削硅片的表面/亚表面质量远优于传统金刚石砂轮,达到干式MCG软磨料砂轮的加工效果,可实现湿磨工况下硅片的低损伤磨削加工。在湿式MCG过程中,单晶硅、二氧化硅磨粒与水发生了化学反应,在硅片表面生成易于去除的硅酸化合物,硅酸化合物进一步通过砂...