固结磨料研磨K9玻璃的工艺优化

固结磨料研磨工艺具有高加工效率及清洁加工等突出优点。采用正交实验法,研究了转速比、研磨压力、研磨液流量等参数对固结磨料研磨K9玻璃的材料去除率和三维轮廓表面粗糙度Sa的影响。结果表明:研磨的最佳工艺参数组合为:转速比为145/150,研磨压力为0.055 MPa,研磨液流量为60mL/min。在该工艺参数组合下,材料去除速率达到3186 nm/min,Sa值达到19.6 nm。

氧化镍镀覆金刚石对固结磨料研磨垫加工性能影响

黏结剂把持磨粒的能力对固结磨料研磨垫的加工性能有重要影响。选择K9玻璃作为加工对象、不饱和树脂作为黏结剂,通过沉积法在金刚石表面镀覆一层氧化镍改善金刚石与树脂的结合性能,研究了镀覆后金刚石的形貌和热处理工艺,及其对固结磨料研磨垫加工性能的影响。研究表明:镀覆量达到30%,氧化镍镀覆金刚石的热处理工艺为3 h/450℃+5 h/500℃时,能够提高固结磨料研磨垫25%的材料去除速率。

磨料尺寸对固结金刚石聚集体磨料垫研磨石英玻璃加工性能的影响

石英玻璃的研磨加工是其超光滑抛光加工的前道工序,对其加工效率和最终表面质量影响甚大。针对石英玻璃的硬脆特性,采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,对其高效低损伤研磨加工工艺进行了研究。探索了金刚石聚集体磨粒的一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力和研磨液流量4因素对研磨石英玻璃加工性能的影响,综合优化得到加工效率高和表面质量优的工艺参数。实验表明:采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,当一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为1.0~2.0μm和20~25μm,研磨压力为14kPa,研磨液流量为60mL/min时,材料去除率达到2.64μm/min,平均表面粗糙度值R_a为54.2nm。

单晶硅透镜铣磨工艺参数优化研究

针对红外光学领域应用广泛的非球面单晶硅透镜,开展非球面法向磨削加工工艺研究。通过正交试验方法研究了砂轮转速、铣磨深度以及进给量等工艺参数对非球面铣磨加工表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并通过灰关联分析,得到了一组针对法向磨削法加工表面粗糙度和材料去除率双指标优化的工艺参数。研究结果表明通过提高砂轮转速能够显著降低非球面加工表面粗糙度,并改善非球面表面粗糙度分布的一致性;通过灰色关联分析,实现了非球面法向磨削加工表面粗糙度和材料去除率的双目标优化,在提高非球面元件的表面加工质量的同时也具有一定的加工效率;法向磨削法易在非球面表面形成螺旋线和放射状的磨削纹路,磨削纹路会对表面粗糙度的分布均匀性造成影响,因此应当注意抑制磨削纹路的生成。

凸球面网栅激光直写技术

为了满足凹球面光刻所需的曲面网栅掩模的需求,建立了凸球面激光直接写入系统用于制作曲面网栅掩模。该系统目前支持最高±20°的基片倾斜,结合加工时的曝光量修正算法,在口径为50 mm、曲率半径为51.64 mm的凸球面基底上制作了矩形网栅图案,并结合双摆台联动在凸面上制作同心圆环图案。实验结果表明,现有凸球面直写系统初步具备加工凸面网栅掩模的能力,为后续的曲面掩模光刻打下坚实基础。

砂浆对固结磨具研磨垫研磨SiC工件的影响

为高效、稳定加工SiC工件,采用碳化硅砂浆辅助亲水性固结磨具研磨垫精研的方法,实验比较砂浆辅助固结磨具研磨垫研磨与传统固结磨具研磨垫研磨的差异,并研究砂浆中碳化硅的颗粒尺寸和质量分数对SiC工件精研去除率和表面形貌的影响。通过测算研磨垫的溶胀率和磨损率,探索碳化硅砂浆的作用机制。结果表明:在砂浆中添加颗粒尺寸为3～5μm、质量分数为3%的SiC时,精研过程的平均材料去除率为1.424 6μm/min,工件表面粗糙度R_a为84.6nm;而没有砂浆辅助精研时,材料去除率为0.040 0μm/min,表面粗糙度R_a为61.4nm。碳化硅砂浆的加入能有效提高亲水性固结磨具研磨垫的自修整能力,其自修整能力随砂浆中碳化硅的尺寸和质量分数增大而增强,材料的去除率提高,工件表面质量略降。

基于纳米颗粒润滑的单点金刚石刀具磨损抑制技术

润滑是单点金刚石车削硬脆材料时的一个非常关键的因素,针对单点金刚石车床超精密加工单晶硅光学零件过程中刀具易磨损、加工精度一致性差等问题,提出了一种单点金刚石刀具磨损抑制技术,通过选用二硫化钼、石墨、铜、氧化铜等纳米颗粒作为润滑剂,在Ф25.4mm单晶硅平片上开展实验研究。结果表明,纳米颗粒的类型和质量分数对车削过程的润滑效果有明显的影响,使用质量分数为10%的纳米石墨颗粒作为润滑剂时,加工后零件表面质量最好。在车削加工5.067km后,单晶硅光学零件表面粗糙度优于25nm,刀具磨损量约5μm,该单点金刚石刀具磨损抑制技术是有效的。

基于微米划痕实验的单晶硅去除机制研究

通过微米划痕实验研究单晶硅在微米尺度下的材料变形和去除特性,分别从划痕轮廓、划痕力以及声发射信号方面分析划痕速度对于单晶硅材料去除方式的影响规律。实验发现:随着划痕速度的提高,单晶硅脆塑转变和脆性破坏阶段的划痕深度和划痕力曲线波动程度减弱,弹塑性去除及脆塑转变的区域范围增加;弹塑性变形和脆塑转变阶段没有声发射信号,声发射信号首次出现在脆性去除阶段起始点,其所对应的载荷随着划痕速度的提高而增大;并且单晶硅弹塑性阶段的划痕力波动程度和增长速率低于脆塑转变和脆性去除阶段的划痕力波动程度和增长速率。在微米尺度下单晶硅塑性去除的深度在50 nm以内,微米尺度下单晶硅的去除方式主要为脆性去除。结果表明,提高划痕速度有利于减小单晶硅脆性去除的范围,从而增大塑性去除和脆塑转变的加工范围。

Ni含量对TiN-Ni金属陶瓷高温抗氧化性能的影响

采用热压烧结方法,分别制备了3种含Ni体积分数30%、50%以及70%的TiN-Ni金属陶瓷,研究了TiN-Ni金属陶瓷在800℃静态空气中的连续氧化行为。结果表明,烧结过程中,TiN相与Ni相之间无化学反应,调整Ni含量有助于烧结致密化,其中TiN/70Ni致密度最高,可达99.6%,有助于强化其高温抗氧化性。对氧化膜进行扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)以及X射线衍射(XRD)分析,系统地研究了TiN-Ni复合材料的高温氧化机理。分析表明,氧化过程分为快速氧化阶段和慢速氧化阶段,其中存在金属离子的外扩散和氧离子的内扩散。