沉积在聚合物表面上的金属薄膜自发形成图案的实验研究

用离子溅射法在聚二甲基硅氧（polydimethylsiloxane,PDMS）表面沉积的金膜因金属与聚合物之间热膨胀系数的差异从而导致了具有正弦界面、微米尺度的波长和振幅的复杂而有序的褶皱图案。用光刘技术在硅片制备图形结构作为模板,通过复制模铸得到表面具有浮雕结构的聚二甲基硅氧烷基片。改变浮雕结构可以调控其上沉积的金膜的褶皱图案呈规则有序的排列。这种多尺度的复合结构将光刘技术、复制模铸和物理自组装等有效结合,可广泛应用于微纳制造领域。     

磁流变抛光光学曲面的两级插补算法

根据磁流变抛光的加工特点,本文提出一种加工光学曲面的粗、精两级插补算法。粗插补算法控制工件的面形,精插补算法采用PVT模式,可实现对磁流变抛光光学曲面复杂过程的控制。仿真结果表明,采用该插补算法加工R41.3mm、口径20mm的球面工件,插补误差小于0.45nm,磁流变抛光该尺寸的K9光学玻璃,获得PV57.911nm的面形精度。     

基于工件面形精度的超精密机床误差建模与分析

在影响超精密加工工件面形精度的诸多因素中,机床的空间几何误差与运动误差往往占主要作用.在本单位一台新型超精密加工试验台的加工试验中,出现了较大的面形误差.为了辨识影响工件面形精度的主要误差,首先将机器人运动学理论与多体系统运动学理论相结合,建立新型超精密加工试验台的实际运动模型;其次,定量分析各个误差,如对刀误差、两轴不平行度误差和摆动中心定位误差等对工件面形精度的影响,得到工件面形精度(波峰-波谷值)随不同误差的变化规律;最后进行加工试验,并用PG I1240轮廓仪检测工件面形,将实际加工工件的检测结果与各个误差的分析结果进行相关性分析.通过上述分析,确定试验台两轴不平行是影响工件面形精度的主要误差因素.     

激光靶丸全表面检测与功率谱特征评价

本工作基于靶丸全球面测量的经纬迹线法,应用由原子力显微镜、精密回转气浮轴系及辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌测量系统,对直径0.34mm的空心塑料靶丸表面进行了测量实验。实验选择了圆周9条经圆(间隔20°),每个经圆方向上纬圆间隔10μm,最大偏移20μm的方案,获取了靶丸全球面的经纬测量迹线,并对测量结果进行了模数-功率谱特征曲线和表面均方根粗糙度的分析。     

基于机械—化学方法硅表面芳香烃重氮盐单层膜的制备

基于金刚石刀具建立能在溶液中加工微小结构的微加工系统,在一端为硝基的四氟化硼芳烃重氮盐溶液(NO2 C6H4N2BF4)中用该系统切削硅片,利用机械与化学结合的方法使得芳香烃分子和切削过的硅片之间以共价键连接,实现硅表面的“成形并功能化”的一步完成,为纳米尺度功能化结构的构筑提供一定的试验基础。用扫描电子显微镜(Scanning electronic microscopy,SEM)表征不同切削力下的微结构表面形貌图,为下一步在溶液中“成形并功能化”硅表面提供好的基底。用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS )和原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)分别研究组装时间和切削速度对切削处生成自组装单层膜(Self-assembly monolayer,SAMs)质量的影响,总结出本试验条件下切削力为20 mN,组装时间为12 h左右,切削速度为500 nm/s的时候组装膜表面质量较好。并用AFM对自组装膜的纳米摩擦性能进行检测,证明组装前后硅基底表面的化学组成发生了变化,组装后SAMs表面的摩擦力较大。     

超环面传动的工艺改进方案及其齿面研究

针对超环面传动提出２种工艺改进方案：将原结构中的内环面蜗轮用分布在圆柱面上的螺旋齿代替;用圆柱面上的螺旋齿代替内环面化的同时,使螺旋齿的齿高分布在一个新的圆环面上,分析了相应的齿面方程和啮合状况,计算结果表明,改进方案在理论上是可行的。     

单晶铝纳米切削过程分子动力学模拟技术研究

运用分子动力学模拟技术建立单晶纳米切削模型,对纳米切削过程进行模拟,从分子间作用力和位错的角度对切屑形成过程和纳米加工表面的形成机理进行分析,并对切削刃刃口半径的大小和刀具磨损对已加工表面质量的影响进行研究。     

3D surface topography formation in ultra-precision turning

The generation process of 3D surface topography in ultra-precision turning is analyzed, as the result of superimposing between actual roughness surface, waviness surface and geometrical form texture surface. From the viewpoints of machine technical system and manufacturing process, factors influencing on roughness surface,waviness surface and geometrical form texture surface in ultra-precision turning are discussed further. The 3D topography of ideal roughness surface and actual surface affected by cutting vibration are simulated respectively.     

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。     

大型光学非球面零件超精密切削新方法

超精密切削加工机床的刀具进给一般采用直线导轨实现,分析并提出以刀具的旋转运动代替直线进给运动方式,实施轴向与径向进给,并通过控制车刀的微进给量实现非球面的超精密加工.通过二次曲面曲率分析,给出避免产生过切的非球面最接近球面的求解方法;构建了车刀微进给系统进给的几何模型.计算机模拟表明:该加工方法可以提高大型非球面加工精度,并且制造同等精度设备难度小、成本低,结构紧凑、刚性变形小,可提高生产效率.