化学机械研抛过程流体和磨粒分布特性仿真

为深入理解化学机械抛光过程中的摩擦磨损机理,仿真研究了不同工况对抛光作用的影响规律.建立考虑多相流和离散相的三维CFD模型,研究不同工况下晶片和抛光垫间抛光液的速度和压力分布以及抛光磨粒的分布规律.结果表明:膜厚越小,抛光垫和晶片的转速越大,磨粒的分布密度越小.对流体速度和压力分布规律以及磨粒分布特性进行仿真分析,研究抛光过程中磨粒对晶片表面的动压作用过程.用疲劳断裂能量守恒理论,建立可定量分析各种工况下材料去除率的预测模型,采用Matlab软件对去除率模型进行仿真计算,得到不同工况下碳化硅晶片的去除率曲线.结果表明,抛光垫转速越大,膜厚越小,材料去除率越大,但去除率随着抛光的进行呈现减小的趋势.相比抛光垫转速对去除率的影响,膜厚对去除率的影响较小.     

超声辅助抛光流场规律CFD仿真分析

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明:超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅助的抛光效果;利用有效加工区域和驻波现象可以使试件加工效果达到最优,二次空化和滞后现象有助于揭示超声辅助抛光过程的作用机制和规律.     

碳化硅超声-电化学机械抛光试验研究

为探究超硬脆碳化硅(Si C)材料的高效研抛方法,分别应用铸铁抛光盘、聚氨酯抛光盘、半固结磨粒抛光盘在自来水、KOH溶液、芬顿反应液3种研抛液中通过控制变量法对Si C进行了超声-电化学机械研抛试验,得到以试件材料去除率和表面质量为评价指标的优化抛光工艺参数.试验结果表明:使用铸铁抛光盘时材料去除率高,但表面质量差;使用半固结磨粒抛光盘时表面质量最好,但材料去除率低;芬顿反应液对提高试件的材料去除率效果最好;在试件与抛光盘之间的电压为+10 V时,试件的材料去除率最高,比无电压时提高了55.1%;当试件保持环施加超声振动后,比无超声时材料去除率提高了91.7%,可见超声振动对Si C试件抛光起主要作用.     

不锈钢振动辅助力流变抛光

为进一步提高力流变抛光效率与抛光质量,提出振动辅助力流变抛光方法。对不锈钢振动辅助力流变抛光加工过程中,工件材料去除过程及不同工艺参数对抛光特性影响进行研究。基于振动辅助力流变抛光原理及试验,以材料去除率和表面粗糙度为评价条件,分析了抛光速度、振动频率和振幅3个关键参数对抛光影响规律。基于田口法设计试验,采用信噪比评估试验结果并得出优化的工艺参数,通过方差分析法得出各因素的权重。结果表明：抛光速度对材料去除率影响最大,振幅次之,振动频率影响最小;抛光速度对表面粗糙度影响最大,振动频率次之,振幅影响最小。在优选的抛光参数组合下,抛光速度40 r·min^-1、振幅0.35 mm、振动频率80 Hz,加工30 min后工件表面粗糙度由(80±10) nm下降至(7.1±0.9) nm,其材料去除率达到68 nm·min^-1。受振动的抛光液中粒子间发生相对相位差并形成一定的剪切速率,使抛光液产生流变效应并把持游离磨粒。在相对运动作用下对工件表面施加压力及剪切力,以塑性去除方式实现不锈钢材料去除。利用所提方法,在优化工艺参数下可有效去除不锈钢表面划痕,...     

往复振动碳化硅工件/铸铁抛光盘接触温度仿真

水平往复振动辅助抛光可提高材料去除效率。为了揭示振动辅助抛光对研抛效率的摩擦温度效应,依据传热学的相关理论,采用Comsol软件对往复振动条件下的碳化硅工件与铸铁抛光盘摩擦副的界面温度分布进行瞬态仿真分析。结合参数化扫描的方法,研究了不同工况条件,如水平振动频率、振幅、正压力等因素,对试件表面参考点和参考线温度的影响规律,以期获得最佳的振动辅助研抛工况条件。仿真分析结果表明:在水平往复振动抛光过程中,碳化硅工件的最高温度随着振动频率的增加呈现先升高再降低、而后继续升高的趋势;工件的最高温度随着振幅和载荷的增加呈现线性升高的趋势。     

超声振动辅助微镦粗仿真及试验研究

为改善材料塑性,降低微镦粗成形力,延长模具寿命,提高微镦粗成形质量,开展了超声振动辅助微镦粗研究.对紫铜超声振动辅助微墩粗进行建模仿真,研究超声参数对微墩粗成形力、试件变形的作用规律;搭建超声振动辅助微成形平台并进行试验,获取不同超声功率下紫铜微镦粗成形力曲线和成形件表面形貌、尺寸等参数.仿真结果表明:超声振动使微镦粗成形力降低,试件变形增大,且成形力降低量、试件变形增大量与超声振幅成正线性关系,与超声频率成非线性正相关.试验结果表明:超声功率越大,微镦粗成形力降低值越大;超声功率小于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越平整;超声功率大于1.5 kW,超声功率越大,成形件表面越粗糙;超声功率小于1.8 kW,超声功率越大,成形件鼓形越小,成形越均匀;超声功率达到1.8 kW后,成形件变形集中在两端,微镦粗成形严重不均匀.仿真和试验研究表明,超声振动可以降低微镦粗成形力,加速材料塑性变形,提高微镦粗成形效率,改善成形件表面形貌,减小微镦粗鼓形并提高微镦粗均匀性.     

GMR硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺.采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌.通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除.划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变.进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁头材料去除率模型,并可预测表面粗糙度,与实验结果基本相吻合.据此可以优化工艺,在获得最佳表面质量的同时,获得高的去除率,兼顾效率与品质的因素.     

硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺。采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌。通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除。划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变。进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁     

高速回转圆盘薄片刀具横向振动的控制

针对圆盘薄片刀具的横向振动,根据流体动压润滑理论,研究了一种圆盘薄片刀具横向振动控制器,利用刀具的高速回转运动和横向振动形成流体压力膜,抑制刀具的横向振动.理论分析和实验测量结果表明,这种利用流体动压润滑原理工作的控制器可以有效地减少刀具横向振动的幅值,而流体压力膜抑制刀具横向振动的效果与控制器中楔形板的结构有关.     

超声辅助纯水微细电解加工

基于离子状态去除材料的加工机理及其加工后工件表面的优异特性,电解加工在微细、精密,甚至是纳米加工中都存在很大的发展潜力.针对绿色制造和微细加工的需求,提出以纯水为电解液的微细电解加工工艺方法,采用阳离子交换膜促进纯水解离,提高电解加工过程中电流密度;并利用超声辅助电解液产生振动冲击及“负压空化”效应来消除附着在工件表面的钝化膜,解决加工过程中电解产物排出问题,不仅提高了材料去除率,更保证了加工过程的稳定性.     

微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究

研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式，研究抛光液浓度、PH值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响，粗糙度的测量采用NT1100干涉仪．实验结果表明：粗糙度受PH值影响比较大；试件在低浓度弱碱抛光液中，延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面，最终测得表面粗糙度为Rα=0．37nm．     

微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究

研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式,研究抛光液浓度、PH值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响,粗糙度的测量采用NT1100干涉仪.实验结果表明:粗糙度受PH值影响比较大;试件在低浓度弱碱抛光液中,延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面,最终测得表面粗糙度为Ra=0.37 nm.     

固液两相磨粒流研抛变口径管的数值模拟研究

为了探讨磨粒流对变口径类零件的抛光效果的影响,以变口径管零件为研究对象,选用固液两相磨粒流,对磨粒流抛光变口径管零件的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同磨料浓度和不同入口压力条件下,变口径管零件内磨粒流的静态压力、动态压力、速度、湍流强度、湍流动能、湍流粘度的分布情况。通过对比分析,研究分析了磨粒流抛光变口径管零件的有效性,可为促进磨粒流超精密加工技术的不断改善提供理论依据,使工件疲劳强度得到改善,增强工件的可靠性,延长工件的使用寿命。     

Determination of efficient superfinishing conditions for mirror surface finishing of titanium

To determine mirror surface finishing conditions and efficient and economical superfinishing conditions for pure titanium and titanium alloys, an abrasive film is used when superfinishing is performed under varying conditions. These conditions include the workpiece rotation speed, the oscillation speed, the contact pressure of the roller, the hardness of the roller, and the type of abrasive film. The superfinishing device is applied to polishing a thin and long cylindrical bar. A micro-finishing film and a lapping film were used as abrasive films. Al₂O₃ grains or SiC grains were used as abrasives. The surface roughness of a polished workpiece was measured using a stylus-type surface-roughness measuring instrument. As a result, the conditions to improve the polishing surface efficiently include high values for the workpiece rotation speed, oscillation speed and contact pressure. The roller hardness has no effect on the efficient polishing conditions. The mirror finish of a surface can be created using lapping film of 3 μm with Al₂O₃ grains after polishing to a steady surface roughness under the efficient polishing conditions.     

单晶SiC的化学机械抛光及其增效技术研究进展

为了解决传统SiC化学机械抛光(CMP)加工效率低的问题,针对单晶SiC表面抛光质量和材料去除率指标,综述了应用传统碱性抛光液、混合磨粒抛光液及含强氧化剂抛光液对单晶SiC进行化学机械抛光的研究现状;为了提高SiC-CMP的化学和机械两方面作用,对SiC-CMP催化辅助增效技术、SiC电化学机械抛光(ECMP)技术、固结磨料抛光、光催化辅助抛光等增效新技术进行了系统综述;对SiC-CMP及其增效技术进行了分析、讨论,指出了当前的研究难点,展望了进一步提高单晶SiC抛光效率的研究方向.     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的pH值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm²、抛光液pH值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.     

二维剪切液膜流表面波的线性稳定性特征

当气液界面存在气流剪切作用时,将在不同程度上影响液膜流动的水动力学特征和流动稳定性。基于层流剪切液膜流动的稳态解,分析了切应力对液膜流动状态的影响。采用积分法,建立了沿倾斜壁面下降的二维剪切液膜流表面波扰动演化方程,模型中包含界面切应力、雷诺数、波数和倾角等参数的影响。研究表明:行波和惯性波的波速受均雷诺数和切应力的影响;同向切应力为不稳定性因素,逆向切应力的稳定性影响与雷诺数有关;同向切应力使临界雷诺数减小,逆向切应力使其增大,切应力对临界雷诺数的影响在不同倾角下也有所不同。