飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理

超短脉冲激光微加工技术以其独特的优势,尤其是对硬脆难加工类宽带隙材料的精密处理,而使其成为微结构加工中的研究热点.利用飞秒激光微加工系统对宽带隙材料SiC的烧蚀特性进行理论和试验研究.应用扫描电子显微镜、原子力显微镜和光学显微镜等检测技术对样品的烧蚀形貌进行检测,以分析烧蚀区域的形貌特征及微结构质量.依据烧蚀孔径和入射脉冲激光能量之间的函数关系,得出SiC材料的烧蚀阈值为0.31 J/cm2,并估算出光束的束腰半径为32 μm.研究脉冲数目、重复频率和入射激光功率等对加工微结构形貌的影响规律,根据试验参数加工出形状规则的微孔结构,并对微结构的烧蚀形貌及材料的去除机理进行分析,为实现微结构的精密加工提供了重要的指导.     

单颗磨粒超声辅助磨削SiC陶瓷材料去除机理

为研究不同磨削速度下超声振动作用对SiC陶瓷磨削过程中材料去除机理的影响,采用钎焊单颗金刚石磨粒工具,基于连续变磨削深度试验方法,在SiC陶瓷抛光表面开展了超声辅助磨削与普通磨削对比试验。结果表明,随着单颗磨粒磨削深度的逐渐增大,SiC陶瓷超声辅助磨削与普通磨削时的材料去除机理均经历了“塑性去除→脆-塑转变→大尺寸脆性断裂”的变化;在磨削速度为1 m/s时,相比于普通磨削,单颗磨粒超声辅助磨削可显著增大SiC陶瓷的脆-塑转变临界切厚及相应的磨削划痕横截面积,并减小切向磨削力与磨削比能;而随着磨削速度的增大,超声辅助磨削与普通磨削在单颗磨粒磨削划痕尺寸、磨削力之间的差异逐渐减弱。     

单晶SiC的电助光催化抛光及去除机理

为满足电子半导体等领域对SiC超光滑、无损伤和材料高效去除的要求,提出了电助光催化抛光SiC的新方法。研究了光催化剂种类及其pH值对抛光液氧化性和抛光效果的影响,讨论了材料的去除机理。结果表明：以p25型TiO2为光催化剂配制抛光液所获得的最大氧化还原电位为633.11 mV,材料去除率为1.18 μm/h,表面粗糙度Ra=0.218 nm;抛光后SiC表面氧化产物中,Si-C-O、Si-O和Si4C4O4的含量明显增加,SiC表面被氧化并被机械去除是主要的材料去除方式。     

纳秒激光加工2.5维Cf/SiC复合材料的烧蚀孔洞特征

针对新型材料2.5维碳纤维增强陶瓷基（Cf/SiC）复合材料采用传统机械加工难以去除加工的问题，采用纳秒激光烧蚀2.5维Cf/SiC复合材料，烧蚀后采用扫描电子显微镜观察其烧蚀孔洞形貌特征，并分析其烧蚀去除机制，讨论激光加工参数对烧蚀孔径的影响。研究表明，Cf/SiC复合材料的激光烧蚀区域出现烧蚀孔洞、重凝、纤维断口、末端气胀，以及长轴与纤维方向一致的椭圆形材料性能变化区域等烧蚀现象；激光烧蚀Cf/SiC复合材料过程中存在氧化的化学变化现象；烧蚀产生的孔径随烧蚀功率的增加和烧蚀时间的延长而增大，烧蚀时间和烧蚀功率均较大时，可能存在烧蚀孔洞被重凝材料堵塞或部分堵塞的情况。计算出纳秒激光的束腰半径为223 μm，纳秒激光烧蚀Cf/SiC复合材料的烧蚀阈值为0.32 J/cm2。     

纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响

通过对比试验,研究纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响。试验表明,在半金属材料中,用纳米SiC代替普通的SiC粉体,摩阻材料的摩擦系数并没有明显的改善,而磨损率却大大地增加。借助扫描电镜(SEM)对混合粉体和摩擦表面的观察以及试验数据的分析,找到引起磨损增大的原因。     

激光诱导精密沉积铜箔实验

通过改变激光脉冲能量和激光聚焦位置,进行了激光诱导向前转移铜箔的实验,并通过超景深三维显微镜和扫描电子显微镜对基片和约束层上沉积的铜箔进行了观察,探讨了激光脉冲能量和激光聚焦位置对铜沉积效果所产生的影响,在此基础上研究了激光诱导向前转移的机理。研究结果表明,在石英玻璃基片上沉积的铜箔直径最小可达10μm,远小于激光光斑直径;在约束层上也沉积有铜箔,即同时出现了激光诱导向后转移的现象;光脉冲能量增大,石英玻璃上沉积的铜箔逐渐分散,尺寸逐渐增大,而且呈环形分布;通过调节靶材离焦点距离,可以使环形消失,并使沉积尺寸降到激光光斑尺寸以下。最后成功实现了微细阵列的激光诱导沉积。     

单向C/SiC复合材料平面磨削的磨削力模型研究

为探究编织陶瓷基复合材料磨削力模型,探明材料去除机理,设计并制备了一种单向C/SiC复合材料。采用特殊的平面磨削实验,沿纤维典型方向进行磨削,同时结合多指数拟合方法确立了磨削力模型。研究结果表明：磨削参数对磨削力的影响较为显著,其中磨削力随着砂轮转速的增大而减小,随着磨削深度和进给速度的增大而增大。沿3种典型方向磨削时,磨削力从大到小依次为：法向、纵向、横向。利用模型优度分析,验证了模型预测单向C/SiC复合材料磨削力的可靠性。     

C/SiC复合材料组织对磨削力与加工表面质量的影响

采用树脂结合剂金刚石砂轮对C/SiC复合材料与SiC陶瓷进行了平面磨削加工试验,通过对比两种材料的磨削力及磨削加工表面质量,分析了C/SiC复合材料组织与其磨削加工特性的 关系。研究结果表明,C/SiC复合材料中碳纤维及SiC基体皆以脆性断裂方式实现材料去除;与SiC陶瓷的加工表面(其表面粗糙度值Ra为0.2~0.3μm)相比,C/SiC复合材料磨削时由于碳纤维层状断裂、拔出及其与SiC非同步去除现象导致其加工表面粗糙度值较高, Ra为0.8~1.0μm;C/SiC复合材料磨削力较小,是相同工艺参数下SiC陶瓷材料磨削力的35%~76%。     

SiC颗粒对镁基复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备了AZ91镁合金和SiC颗粒增强的镁基复合材料,SiC的粒度分别为18 μm和8μm,经热压烧结后制得试样.通过扫描电子显微镜观察分析基体和增强体的微观组织形貌,并将制备出的材料分别放入MMW-1型摩擦磨损试验机上,研究SiC的粒度对镁基复合材料摩擦磨损性能的影响.实验结果表明:SiC颗粒的加入能有效...     

SiC和SiC/Al在TMA空间遥感器中的应用

简述了空间遥感器的空间应用环境和TMA轻型遥感器的特点,介绍了遥感器设计中材料选择的重要性及影响,在TMA轻型遥感器研制中选用了具有高导热性和高比刚度的SiC和SiC/Al复合材料新材料,计算及试验证明这些材料的应用提高了遥感器的机械性能和热性能,提高了TMA轻型空间遥感器的空间适应能力。     

SiC薄膜制备MEMS结构

采用PECVD方法制备了无定形SiC薄膜,在此基础上,以SiC为结构层,利用传统的表面硅牺牲层工艺制作了电容式谐振器以及薄膜残余应力的在片检测结构。对SiC的MEMS结构进一步进行了长时间的腐蚀,以获得SiC材料的腐蚀特性。对SiC材料的力学特性进行了研究。深入探讨了退火工艺、薄膜硅碳原子比对SiC薄膜力学特性的影响,同时对薄膜硅碳原子比与制备工艺参数(包括硅烷、甲烷流量)之间的关系进行了实验研究。     

2.5D Cf/SiC刹车材料浮动磨削工艺试验研究

为研究2.5D C_f/SiC刹车材料的浮动磨削加工性能,设计单因素试验探究了砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响规律,分析了磨削表面典型加工缺陷及材料去除机理。结果表明：砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对法向磨削力影响显著,对切向磨削力影响不大;工作台调定压力对表面粗糙度的影响程度最大。2.5D C_f/SiC刹车材料以脆性断裂去除方式为主,不同纤维方向上的加工缺陷形式存在差异,其主要加工缺陷为界面脱粘、微裂纹、基体破碎、纤维剥离及破碎。试验通过单因素方法分析得到了较好的表面质量,表面粗糙度Sa可达0.6μm左右。     

脉冲光纤激光诱导氧化硬质合金的温度场分布

利用ABAQUS建立了三维瞬态传热模型,计算了激光诱导下的温度场分布情况,并研究了激光参数对温度场的影响。仿真结果表明,工件最高温度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大,热影响区的最大深度和宽度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大。研究结果为优选激光诱导氧化硬质合金材料时的激光参数提供了重要依据。     

二维C/SiC复合材料低速冲击损伤特性的表征研究

为研究二维C/SiC复合材料的低速冲击损伤性能,采用落锤式冲击试验机进行低速冲击试验,并利用声发射技术对试验进行动态监测以及冲击后试样的检测。结果表明:冲击能量的大小是造成C/SiC复合材料损伤模式不同的主要因素,同时,声发射参数可以很好地表征C/SiC复合材料的损伤模式和损伤演化过程。在较低冲击能量下(3 J以下),材料的低速损伤主要是基体开裂;介于3 J到9 J之间的冲击作用下,基体开裂和分层是材料损伤的主要模式;冲击能量一旦超过9 J,材料中出现大量纤维断裂。     

用改性纳米SiC粉体强化灰铸铁的性能

研究了不同含量的改性纳米SiC粉体对灰铸铁显微组织、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明：与原灰铸铁材料相比,经改性纳米SiC粉体强化处理后的灰铸铁组织明显细化,珠光体含量增加,力学性能、耐磨性能明显提高,当纳米SiC粉体含量为0．1％时,强化材料的性能提高最大,其抗拉强度提高了22．7％,硬度增加了9．3％。     

SiC对Al基复合摩擦材料性能的影响

采用粉末冶金方法制备填充改性Al基复合摩擦材料,研究SiC含量及粒度对材料性能及显微组织的影响。结果表明,随SiC含量增加,材料的相对密度、抗弯强度不断降低,摩擦因数逐渐增大,洛氏硬度先增大后减小,比磨损率先降低后增大;随SiC粒度增大,材料相对密度、抗弯强度、洛氏硬度逐渐变大,摩擦因数先增大后减少,比磨损率不断增加。SiC粒度为20μm、质量分数为25%时改性Al基复合摩擦材料有稳定合适的摩擦因数和较低的比磨损率。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的制备及性能

利用粉末冶金法制备出了SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al),研究了SiC颗粒添加量对复合材料布氏硬度、抗拉强度及显微结构的影响。结果表明:SiC颗粒在基体材料中分布均匀,界面清晰;SiCp/Al复合材料的硬度与抗拉强度随SiC颗粒含量的增加先升高后降低,在SiC颗粒添加量为7 Wt%时,硬度与抗拉强度达到最大值,分别为89.4HBS与311MPa。     

光固化树脂结合剂SiC晶须砂轮初探

SiC晶须因其具有高强度、高弹性模量、高耐磨性及好的相容性等优良的机械与物理化学特性,广泛地用作金属、陶瓷、聚合物及复合材料的增强增韧材料。然而把SiC晶须作为磨粒来制作砂轮,国内外对此研究较少。本文采用了紫外光固化快速成型技术制作超薄型晶须砂轮,研究了紫外光辐照度的变化对晶须砂轮强度产生的影响,以及静电场的作用对晶须定向排列的影响。此外,本文还进行了光固化树脂结合剂晶须砂轮的切割试验。拉伸试验表明,随着紫外光辐照亮的增强,试件的拉伸强度和抗弯曲强度得到了不同程度的提高;初步的切割试验表明,SiC晶须砂轮可以实现对玻璃和硅片等不同材料的切割。     

Ti3SiC2替代石墨对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

Ti3SiC2作为一种新型的金属陶瓷材料，具有良好的导热性、耐腐蚀性与高温抗氧化性。探究在动车组粉末冶金闸片中应用Ti3SiC2替代石墨作为润滑相对摩擦材料性能的影响。在粉末冶金闸片摩擦材料中加入不同含量的Ti3SiC2替代石墨，观察摩擦表面氧化膜的变化，分析Ti3SiC2加入量对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着Ti3SiC2替代石墨加入量的增加，摩擦材料的剪切强度逐渐提高，使用Ti3SiC2替代全部石墨（质量分数18%）时，剪切强度提高了6倍；在350 km/h高速制动时，摩擦表面形成了氧化膜，随着Ti3SiC2加入量的增加，氧化膜的覆盖面积不断增大并呈现连续分布状态；当Ti3SiC2质量分数大于9%后，在高速制动时摩擦材料的摩擦磨损量和摩擦因数明显降低，Ti3SiC2替代全部石墨后摩擦因数降低了36.8%，摩擦磨损量降低了67.5%。     

SiC抛光片表面氧化行为的XPSS、EM研究

本文利用扫描电子显微镜和X光电子能谱研究SiC抛光片表面氧化行为,发现Si面比C面的氧化更显著,产生更多的氧化产物,提出利用扫描电子显微镜和X光电子能谱来鉴别SiC晶片的Si面和C面的新方法。