铁基金刚石砂轮生物在线修整加工性能的试验研究

生物在线修整(BID)是一种环境友好的金属基砂轮修整技术。以清水为对照,采用不同Fe3+质量浓度的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A．f)磨削液,通过生物在线修整试验,比较及分析不同Fe3+浓度对铁基金刚石砂轮磨削单晶碳化硅工件时的磨削力、工件表面粗糙度以及砂轮表面磨粒出露高度的影响。结果表明:与清水组相比,生物修整可明显降低磨削过程中的法向力和切向力;随着生物修整液中Fe3+浓度的提高,磨削力呈现下降趋势,磨削力比先下降后缓慢上升至3.42。生物修整还可以有效降低加工粗糙度,修整液中Fe3+浓度为3.0 g/L 时,其表面粗糙度最低为259.67 nm。产生上述结果的主要原因是通过生物修整有效地提高了磨削砂轮中磨粒的出露高度。      

大尺寸单晶金刚石衬底抛光技术研究现状与展望

近些年来,化学气相沉积（Chemical vapor deposition,CVD）单晶金刚石在电子学领域的应用令人瞩目,这得益于CVD单晶金刚石在生长技术和半导体掺杂技术上的进展。一直以来,成熟的衬底加工技术是半导体材料得以应用的基础,其中超精密抛光作为晶圆衬底加工的最后一道工序,直接决定了晶圆表面粗糙度和亚表面损伤程度。可以预见,超精密抛光技术将会在制备大尺寸高质量金刚石衬底中发挥重要作用。对目前国内外现有的单晶金刚石抛光方法进行综述,以制备大尺寸高质量单晶金刚石衬底为目标,从加工设备、工艺参数、加工精度、加工效率和材料去除机理等方面进行分析,总结各种抛光方法的优势和缺点,展望未来大尺寸单晶金刚石衬底抛光技术的发展趋势。目前鲜有针对大尺寸单晶金刚石抛光技术的综述,本文为国内学者展开单晶金刚石抛光相关工作的研究提供综述资料。     

金刚石磨粒工具增材制造技术现状及展望

金刚石磨粒工具是工程陶瓷、玻璃、半导体等硬脆材料高效精密加工的重要手段。日益提升的零件制造质量、成型要求和加工效率给金刚石磨粒工具带来了巨大挑战,工具结构改进已成为应对这一挑战的关键,但却给工具制造带来了难题。近年来,增材制造技术因其优异的复杂结构成型能力而备受关注。采用增材制造技术进行金刚石磨粒工具制备也已被业界视为解决复杂结构磨具高效成型的潜在手段并成为研究热点。立足于目前已有的相关研究报道,以光固化成型技术（SLA）、选择性激光烧结技术（SLS）、激光选区熔化技术（SLM）为主,总结现有增材制造技术在金刚石磨粒工具制备方面的研究进展,分析其在制造工艺上的不同特点,并对未来利用该类技术制备金刚石磨粒工具进行展望与建议。     

聚晶金刚石复合片崩角缺陷视觉检测技术研究

针对目前国内生产聚晶金刚石复合片(PDC)的企业大多数在表面缺陷检测环节严重依赖于人工检测,存在检测效率低、主观性强等问题,提出了一种基于机器视觉的检测方法替代人工检测.将倒角边缘的崩角缺陷作为检测目标,研究崩角图像的表面特征后,提出了在硬件上使用零角度环形光源突出崩角特征,在检测方式上通过阈值分割、中值滤波进行预处理,然后利用最小二乘法拟合获取倒角圆环的圆心位置和小圆半径并建立掩码,最后通过与(AND)运算提取出崩角信息,进行识别和标记.结果显示:实现对图像中的崩角缺陷自动检测和定位,并且判断标准统一.     

金属切削仿真的驱动模型及其耦合机制研究

针对目前金属切削仿真存在的精度问题，提炼了典型数值仿真算法及其耦合过程的“平衡”本质问题，揭示了典型数值仿真算法中产生温度—应力耦合以及温度—热物理属性耦合的本质原因。建立了影响Fe-Cr-Ni不锈钢切削仿真精度的3个仿真模型，包括本构模型、热物理属性模型和摩擦模型，并进行正交切削试验验证了仿真模型的准确性。同时，进行切削仿真试验，利用仿真结果分别说明了本构模型、热物理属性模型和摩擦模型对仿真结果的显著影响，分析了仿真过程中分别由本构模型以及热物理属性模型驱动的温度—应力耦合以及温度—热物理属性耦合作用，并依据两个耦合作用讨论了切削过程的鲁棒性。     

基于DMD的并行共焦图像处理方法研究

在并行共焦测量中,用于构造点光源阵列的光分束器件普遍存在参数固化、对不同测量对象适应性较差的缺点。将数字微镜器件（DMD）作为光分束器件应用于并行共焦测量,可以控制DMD构造柔性化点光源阵列,应对不同的测量场合。推导了DMD的空间光调制模型,规避了“泰伯效应”对并行共焦测量的影响,设计了可抑制光点横向漂移的远心光路,构建了基于DMD的并行共焦测量装置,对比了两种不同的并行共焦图像处理方法。实验结果表明,在没有设置高数值孔径物镜组的情况下,测量装置的纵向分辨率受到一定影响,但所设计的图像处理程序能够快速、准确地获取被测物面的形貌特征。     

蜂窝状结构半固结磨料研磨盘的制备及应用

针对传统半固结研磨盘由于盘面较软使得加工衬底面形精度难以保证的问题,提出一种蜂窝状结构的半固结磨料研磨盘的设计与制备方法。该研磨盘采用环氧树脂蜂窝结构作为支撑“骨架”,减小研磨盘的变形,以保证研磨衬底的面形精度,同时采用含有金刚石磨粒的凝胶体作为半固结研磨介质实现对衬底的研磨加工,获得了较好的衬底表面质量。基于该原理制备了一套新型研磨盘,并用于蓝宝石衬底的双面研磨加工。试验结果表明,研磨后衬底表面粗糙度较小,表面划痕和裂纹少,能够获得较好的表面质量;相应地,研磨后蓝宝石衬底的面形精度不仅没有变差,反而得到很大的改善,研磨后衬底的翘曲度、弯曲度和总厚度偏差均大幅减小。另外,研磨效率也相对较高,材料去除率可达0.3～0.4 μm/min。试验结果证明了该新型结构研磨盘不仅可以获得较好的表面质量和较高的研磨效率,同时还可提高衬底的面形精度,可用于面形精度要求较高的薄片衬底零件的精密研磨加工。     

径向磁轴承磁路耦合对磁力的影响及其解耦控制策略

由于磁路在磁轴承定子磁极间的耦合,磁力的分布会发生变化,致使理论模型推导的控制电流难以提供准确的回复力。基于Boit-Savart定理建立了磁场分布模型并分析了磁路耦合的影响因素;建立了考虑磁路耦合的磁力等效模型;分析了磁路耦合对磁力误差的影响,并提出了解耦控制策略;进行了电磁场仿真,验证了解耦控制的正确性;通过磁轴承稳态悬浮实验,验证了解耦控制策略的有效性。     

硬脆性材料用柔性磨具研磨的加工表面粗糙度建模

通过分析磨粒与工件表面的作用过程,建立了硬脆性材料柔性磨具加工表面粗糙度的理论预测模型.以橡胶结合剂金刚石研磨盘为柔性磨具、蓝宝石衬底为工件,在不同弹性模量、磨粒浓度、磨粒粒度和研磨压力下开展研磨试验,将不同研磨条件下的表面粗糙度试验值与理论预测值进行比较,发现试验结果与理论模型预测结果的趋势一致,且预测误差为7.71...     

激光诱导等离子体加工蓝宝石微结构及其润湿性

激光诱导等离子体刻蚀技术在蓝宝石表面微结构制作方面具有独特的优势。通过控制变量法研究了激光能量密度、靶材和蓝宝石之间的距离和扫描速度对激光诱导等离子体加工蓝宝石微槽的微观形貌和几何尺寸的影响规律。通过正交试验研究了激光诱导等离子体工艺参数对蓝宝石表面微结构接触角的影响,发现扫描线间距对接触角的影响最大,靶材和蓝宝石之间的距离和激光能量密度次之,扫描速度的影响最小。当激光能量密度为6.3 J/cm²,扫描线间距为200μm,靶材和蓝宝石之间的距离为150μm,扫描速度为10 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为136°,表现出良好的疏水性;当激光能量密度为7.4 J/cm²,扫描线间距为50μm,靶材和蓝宝石之间的距离为100μm,扫描速度为5 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为29°,具有较好的亲水性,并且长时间放置后表面接触角基本保持不变。通过扫描电镜观察发现,蓝宝石表面的微结构上分布着许多纳米颗粒,这些微纳结构共同影响蓝宝石的润湿性。