场离子显微镜和飞行时间原子探针及其在固体表面原子微观过程研究中的应用(二)

利用FIM的原子分辨率和TOF原子探针的单原子鉴别本领,可以详细地研究固体表面的原子结构及化学成份等基本特性。根据对几种表面原子相互作用的研究,例如吸附原子间、吸附原子和基底原子间、吸附原子和杂质原子间、以及吸附原子和晶面边界间的相互作     

场离子显微镜和飞行时间原子探针及其在定量研究固体表面原子微观过程中的应用(一)

具有原子分辨率和单原子鉴别本领的场离子显微镜(FIM)和飞行时间原子探针(TOF原子探针),已广泛用于研究固体表面单原子的行为和特性以及鉴别表面层的绝对化学成份。能用这两种仪器进行研究的材料,包括从Be到U的绝大多数金属以及一些半导体和离子化合物。固体表面吸附原子的表面扩散参量、吸附原子之间或吸附原子和基底杂质原子之间的相互作用能、表面诱导偶极矩和单原子极化率等都可以在FIM定量研究中得到。而TOF原子探针则可以相当准确地鉴别表面层的绝对化学成份。综合应用二者对金属硅化物形成的研究已取得初步成果。最近发展起来的激光脉冲原子探针,使表面吸附气体原子和表面原子的相互作用以及吸附和解吸等现象的研究获得较大进展。本文简要介绍FIM和TOF原子探针的原理和结构以及定量单原子实验的技术和原则。     

单晶铜原子力显微镜加工过程亚表面变形层的分子动力学仿真

建立了原子力显微镜针尖切削单晶铜的三维分子动力学模型,采用嵌入原子势模拟工件原子之间的作用,采用Morse势模拟工件原子和刀具原子之间的作用.研究了工件材料的不同晶向和刀具切削方向、切削速度对工件亚表面变形层深度的影响.引入了原子势能变形判据,通过分析不同变形区域内原子的势能变化判断工件变形程度.观察了不同切削状态下亚表面原子势能的变化,发现工件材料晶向和切削方向对亚表面变形层深度有着显著影响.在切削速度为20～250 m/s范围内,切削速度对亚表面变形层深度没有影响.     

单晶硅纳米级磨削过程的理论研究

对内部无缺陷的单晶硅纳米级磨削过程进行了分子动力学仿真,从磨削过程中瞬间原子位置、磨削力、原子间势能、损伤层深度等角度研究了纳米级磨削加工过程,解释了微观材料去除、表面形成和亚表面损伤机理。研究表明：磨削过程中,单晶硅亚表面损伤的主要形式是非晶结构形式,无明显的位错产生,硅原子间势能的变化是导致单晶硅亚表面损伤的重要原因;另外,发现磨粒原子与硅原子之间有黏附现象发生,这是由于纳米尺度磨粒的表面效应而产生的。提出了原子量级条件下单晶硅亚表面损伤层的概念,并定义其深度为沿磨削深度方向原子发生不规则排列的原子层的最大厚度。     

郑天佑教授和安德烈博土来我国讲学

美国Pennsylvania大学物理系表面物理实验室主任郑天佑教授应中国科学院邀请于6月4至6月19日来我国讲学和访问。郑教授在场离子显微镜、原子探针以及在表面物理,特别是在单个表面原子的动态研究方面有很多贡献。郑教授讲学的内容有: 1.场离子显微镜及原子探的基本原理和设计;     

离子束冷焊法

道理上讲,如果使两个金属表面紧密接触,一个表面的原子就会靠近另一个表面的原子,原子之间内部吸引力形成一股穿透内表面的强大力量,即可形成固态焊点。事实上由于金属表面有一些杂质,如氧化物、氮化物、水气及有机物等,所以金属之间做不到紧密接触,尤其氧化层防碍金属之间的原子连接。氧化层的附着力极强,很难从金属表面清除。     

空间飞行器表面原子氧密度传感技术综述与设想

对空间飞行器表面原子氧密度测量技术研究现状进行了探讨,并提出了一种新颖的测量方法设想,单个传感器采用YSZ(氧化钇稳定的氧化锆yttria-stabilized zirconia YSZ)作为敏感材料,通过测量YSZ阻抗变化的方法进行原子氧的测量.同时采用已知原子氧腐蚀速率的材料锇一起暴露测量,实现了对YSZ原子氧传感器的在线标定.该方案能解决空间飞行器表面原子氧密度的长期测量和传感器标定困难的问题.     

单晶硅超精密磨削过程的分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅超精密磨削过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度观察了微量磨削过程,解释了微观材料去除、表面形成和亚表面损伤机理,并分析了磨削过程中的磨削力和磨削能量消耗。研究表明:磨削过程中,在与磨粒接触的硅表面原子受到磨粒的挤压和剪切发生变形,堆积在磨粒的前方,当贮存在变形晶格中的应变能超过一定值时,硅的原子键断裂,即完成了材料的去除;随着磨粒的运动,磨粒前下方的硅晶格在磨粒的压应力作用下晶格被打破,形成了非晶层,非晶层不断向前向深处扩展,造成了单晶硅亚表面的损伤;同时部分非晶层原子在压应力的作用下与已加工表层断裂的原子键结合,重构形成已加工表面变质层。     

全国产化的低能电子衍射——俄歇联合谱仪

一、引言低能电子衍射(LEED)和俄歇电子能谱(AES)是研究表面晶格结构的最基本的方法。由低能电子衍射,可以得到固体表面的二维周期性和对称性等长程有序的信息[1]。而俄歇电子能谱则常被用于检测表面成分及其变化,控制吸附和反应程度,探测表面原子的电子态等。利用AES 装置,还可测量表面电子能量损失谱[2]及其精细结构[3],它们可提供许多有关表面局域结构的信息。LEED 和AES 装置的联合使用已成为现代表面研究用电子能谱仪的最基本的组合形式。本文报道的LEED-AES 谱仪是参照国外装置,自行设计,由沈阳科学仪器厂加工制造,主要部件分别采用沈阳科学仪器厂、沈阳教学仪器厂、北京分     

单晶Ni3Al切削过程的分子动力学仿真研究

采用分子动力学方法构建了单晶Ni3Al纳米块和球形金刚石刀具模型,模拟金刚石刀具对单晶Ni3Al工件的纳米切削过程并分析切削过程中切屑和已加工表面的形成,切削力、工件温度和系统势能的变化规律.结果 表明:在切削区域,由于刀具的剪切和挤压作用,工件原子发生滑移,部分原子脱离初始位置,形成切屑和已加工表面;切屑和已加工表面的形成主要与切向力和法向力的作用有关;切削过程中工件温度和系统势能在不断增加,而已加工表面工件原子的弹性恢复和晶格重组又会减弱其增加速率.     

刀具切削状态的电机电流监测新方法

本文从实时在线监测刀具切削状态的应用出发,研制了一种新型的电机电流拾取方法和传感装置,并分析了刀具在加工过程中切削力,电机电流与刀具切削状态的关系,同时,研究了利用电机电流信号进行刀具切削状态的监测原理,实验证明了其方法的可靠性和实用性。     

一种数控切削机床运行能耗状态在线判别方法

机床运行能耗状态由一系列的能耗状态节点和能耗过程构成。针对至今仍存在一些关键状态节点无法判别等问题,提出了一种数控机床运行能耗状态在线判别方法。该方法基于数控机床运行能耗状态和状态节点的系统分析,并综合机床功率信息和数控系统通信信息,提出关键节点状态与过程状态在线判别方法,解决了切削加工开始、完成等关键节点和精加工状态判别等难题,从而实现了数控机床全部运行能耗状态的在线判别。在FANUC数控机床上进行的案例研究验证了该方法的有效性和实用性。     

Population of transition states of triboactivated chemical processes

The population of transition states of friction-induced chemical processes and similar thermo-induced reactions is analyzed. Friction is shown to be a unique natural phenomenon that involves the occurrence of highly inverse transition states of chemical interaction between contact material particles, as opposed to thermally populated transition states analogous in terms of the energy level of the reactions. It is found that in evaluating the population of transition states of mechano- and thermoactivated reactions, the specific chemical interactions do not matter and only the energies of the transition states of the thermo- and mechanoactivated processes are of importance.     

Study of photon statistics using a compound Poisson distribution and quadrature measurements

This paper describes the model of a compound Poisson distribution for photon statistics with regard to their bunching in Fock states, thermal states, and others. The method of generating functions is used to calculate the probability distributions, moments, and correlation functions. The parameters of conditional states arising from the subtraction of photons by splitting the beam are determined. The problem of state reconstruction with regard to quadrature quantum measurements is considered. The study is aimed at developing high-precision methods for generating and controlling optical quantum states.     

金属推快V—带型CVT的研究部分4：速比变化时金属块上的作用力

６个力作用于金属推块Ｖ－带的推块上,前文我们采用测量推块和遥测装置成功地测出了稳态下这６个作用力。本文采用相同的试验和测量装置测出速比变化从低到高或相反的不稳定状态下的６个作用力。实验结果表示除法向力和环与推块间的摩擦力外其余４个力的分布形式是稳态不同的。     

多运动状态下的移动机器人故障诊断方法

本文提出了一种处理不同运动状态下移动机器人故障的诊断方法。该方法将移动机器人的运动状态分为5种：静止状态、直线运动状态、3种不同的转动状态。在不同的运动状态下，考虑不同模式的故障（左轮编码器故障、右轮编码器故障和陀螺仪故障等）。利用卡尔曼滤波器组，处理每一种运动状态下不同模式的故障发生的概率。最后，根据故障发生的概率值判断故障模式发生的可能性。与其他故障诊断方法相比，文中的故障诊断方法有效改善了误诊和漏诊现象。仿真结果表明在轮式移动机器人故障诊断上的可行性。     

基于凸多面体边界元的接触状态判断

机器人装配操作状态可用装配对象间的接触状态描述。根据凸多面体几何模型边界元给出了三种基本接触对在运动(平移或转动)方向上的最小位移计算方法,首次详细分析了基本接触对在旋转情况下的最小角度生成方法,并得出了计算公式。此方法可用来判断下一运动时刻产生的接触状态关系对。最后以三维三轴孔装配状态仿真为例,验证了该方法的可行性。     

Predicting the technical state of hazardous objects via simulation modeling

The paper considers mechanical objects, the violation of the safety of which could occur as any limit state is reached, including predetermined states, albeit not revealed in a timely manner, and undetermined states that lead to unexpected hazardous states that enhance the risk of an accident. The reason for this lies in the uncertainty of information about the dynamics of the technical state of these facilities, which is due to imperfections and irregularities at the stages of manufacturing and operation (application). A model of the technical state dynamics and a forecasting algorithm based on the method of simulation modeling has been developed. This allows one to construct event trees for predicting potential damage and failure at the stage of manufacturing and for the early detection of precursors of limiting states at the stage of operation and, thus, for the elimination of inefficient and hazardous states.     

Safety analysis of discrete event systems using a simplified Petri net controller

This paper deals with the problem of forbidden states in discrete event systems based on Petri net models. So, a method is presented to prevent the system from entering these states by constructing a small number of generalized mutual exclusion constraints. This goal is achieved by solving three types of Integer Linear Programming problems. The problems are designed to verify the constraints that some of them are related to verifying authorized states and the others are related to avoiding forbidden states. The obtained constraints can be enforced on the system using a small number of control places. Moreover, the number of arcs related to these places is small, and the controller after connecting them is maximally permissive.     

硬质合金化学机械抛光工件-磨粒-抛光垫接触状态研究

基于弹塑性力学理论,对工件-磨粒-抛光垫间的接触状态进行理论分析,计算各状态下磨粒压入工件深度,建立接触状态临界条件的数学模型,并进行实验验证。研究结果表明：在硬质合金化学机械抛光过程中,工件-磨料-抛光垫间存在着非接触状态、部分接触状态和完全接触状态三种形式;不同接触状态下磨粒压入深度主要受抛光载荷、磨粒粒径以及工件表面软质层硬度影响,临界条件由抛光垫特性、磨粒质量分数以及抛光载荷共同决定。实验结果表明所建立的数学模型是可信的。