单磨粒金刚石微切削碳化硅晶体仿真与实验研究

采用有限元软件Abaqus建立金刚石锥形磨粒微切削碳化硅晶体的模型,通过预仿真模型确定切削深度和切削速度的选择范围,分析影响切削力的主、次要因素,研究单一切削参数对碳化硅晶体切削效果的影响;并借助赫兹接触理论,验证加载力对摩擦力、切削边缘形貌、切削深度的影响。结果表明:切削深度是影响切削力的显著因素,预仿真模型确定的切削深度不超过1.50μm;碳化硅晶体切削的最优方案为切削深度取0.50μm、切削速度取76 m/s、磨料切削刃角度取60°。通过控制切削深度可以提高切削稳定性,且在保证切削质量的前提下适当提高切削速度可以提高切削效率。金刚石探针压入晶体的深度与摩擦系数、摩擦力和切削力呈正相关,获得的碳化硅晶体切削边缘的三维轮廓相对平整、光滑。

基于AFM的微结构加工实验研究

本文建立了微动工作台和原子力显微镜相结合的微加工系统 ,在该系统上采用金刚石针尖进行微加工实验 ,与SPM系统本身的刻划软件刻划出的图形进行了比较分析 ,得出这个系统适合微结构的加工 ;并给出了采用该方法加工的圆面及多边形面微结构 ;

基于原子力显微镜的纳米加工研究

以原子力显微镜(AFM)作为加工工具对单晶硅进行了基于金刚石针尖的纳米加工试验，运用不同的方法对纳米加工区域的特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征进行了系统的研究和分析，提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上，应用有限元法对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的接触作用机制进行了计算仿真。

金刚石刀具刀尖圆弧波纹度的测量及评价

为实现金刚石刀具刀尖圆弧波纹度超精密测量,构建了基于原子力显微镜(AFM)和精密回转轴系的刀尖圆弧轮廓测量系统,研究了刀尖圆弧波纹度评价方法和控制测量系统引入误差的策略。提出了评价刀尖圆弧波纹度时截止波长的确定原则和方法,并介绍了刀尖圆弧波纹度测量原理及评价流程。讨论了精密回转轴系径向回转误差的测量和评定、刀具安装偏心和偏角误差的控制和原子力扫描系统Z向非线性误差的校准方法。最后,在构建的测量系统上测量了了金刚石刀具刀尖圆弧波纹度并对测量不确定度进行了分析。实验测量显示:所评价金刚石刀具的刀尖圆弧波纹度为0.106μm,测量不确定度为23.8nm,表明所构建的测量系统基本满足金刚石刀具刀尖圆弧波纹度纳米级测量及评价的需求,测量结果稳定可靠、精度高。

金刚石砂轮V形尖端的数控对磨微细修整技术

针对金刚石砂轮V形尖端的微细修整困难的问题,开发出一种对磨成型的V形尖端修整技术。在数控修整中,砂轮作V形的直线插补运动与修整工具对磨,逐渐被修整成V形尖端。本实验中修整工具分别是#600和#180绿碳化硅(GC)油石,砂轮分别为SD 400和SD 600金刚石砂轮。实验结果表明,较细粒度的修整工具不仅可以将砂轮V形尖端修整出更小的圆弧半径,而且也能够将微小磨粒修锐得更锋利,从而使加工的单晶硅微沟槽形状更加整齐。此外,采用修整后的圆弧半径小于20μm的SD 600金刚石砂轮V形尖端可以实现光纤石英微阵列沟槽的微细加工,也可以在SiC陶瓷和WC合金基板上加工出微锥塔阵列空间的功能表面。因此,数控对磨在位修整的工艺可以用于金刚石砂轮V形尖端的微细修整,实现硬脆性基板的微细磨削加工。

微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的测量及评价

为实现对微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的评价,提出了一种基于高分辨率扫描电镜图像的评价方法,并对刀尖圆弧轮廓提取、轮廓曲线拟合、圆弧度评价等算法进行了研究.首先,运用Canny边缘检测算子提取刀尖圆弧图像的二维轮廓数据,并用移动最小二乘法对该数据进行拟合,使所提取轮廓光滑化;接着,建立了基于最小二乘准则的刀尖圆弧评价模型,并采用二次序列规划法对模型进行求解;最后,分析了轮廓拟合误差、测量不垂直度误差对刀尖圆弧评价结果的影响,并计算了刀尖圆弧半径及圆弧度不确定度值.实验结果表明所评价微圆弧金刚石刀具的刀尖圆弧半径为30.213μm,圆弧半径不确定度为351 nm,圆弧度为0.114μm,圆弧度不确定度为24 nm.由评价结果可以看出,本文所提出的方法可以实现微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧纳米级精度的测量及评价.

MICRO/NANO-MACHINING ON SILICON SURFACE WITH A MODIFIED ATOMIC FORCE MICROSCOPE

To understand the deformation and removal mechanism of material on nano-scale at ultralow loads,a systemic study on AFM micro/nano-machining on single crystal ailicon is conducted. The results indicate that AFM nano- machining has a precisely dimensional controllability and a good surface quality on nanometer scale.A SEM is adopted to observe nano-machined region and chips,the results indicate that the material removal mechanisms change with the applied normal load. An XPS is used to analyze the changes of chemical composition inside and outside the nano-machined region respectively.The nano-indentation which is conducted with the same AFM diamond tip on the machined region shows a big discrepancy compared with that on the macro-scale. The calculated results show higher nano-hardness and elastic modulus than normal values .This phenomenon on be regarded as the indentation size effect(ISE).

光纤石英玻璃基板微V槽阵列的精密磨削

针对脆性石英玻璃的微加工,利用自主研发的金刚石砂轮微尖端修整工艺,研发了光纤阵列石英玻璃微V槽磨削技术。分析了60°的微V槽形状偏差对光纤耦合损耗的影响,然后,研究了砂轮微尖端的误差补偿修整工艺。最后,实验分析了微V槽的磨削精度。理论分析显示:微V槽角度、间距和宽度的偏差分别控制在±0.42°、±1.04μm和±1.2μm以内时,耦合损耗小于0.5dB。实验结果表明:开发的数控磨削工艺可加工高精度的60°微V槽阵列;采用数控轨迹和角度补偿修整后,砂轮微尖端半径可平均达到10.46μm,角度精度为(60±0.22)°;对石英玻璃进行微磨削后,微V槽的角度偏差达到0.4°,尖端半径为10.5μm,宽度偏差为0.3μm,间距偏差为0.5μm,可保证光纤阵列的精密对接。

应用原子力显微镜对单晶硅进行纳米级加工

以原子力显微镜 (AFM)作为加工工具 ,基于金刚石针尖对单晶硅进行了纳米加工实验 ,对纳米加工区域特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征 ,进行了系统的研究和分析 ,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上 ,应用有限元方法 (FEM )对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的作用机制进行了计算仿真。

切点约束和探针针尖半径补偿的金刚石刀具刃口钝圆半径求解方法

本文对金刚石刀具刃口钝圆半径求解方法展开研究,以有效提升金刚石刀具刃口锋利度的测量精度。文中分析了原子力显微镜(AFM)扫描探针几何形貌对金刚石刀具刃口锋利度测量结果的影响,并提出了基于切点约束和AFM探针针尖半径补偿的刀具刃口钝圆半径求解方法;讨论了消噪滤波、测量角度误差以及切点分离方法对测量结果的影响;在高精度测量平台上完成了金刚石刀具刃口锋利度测量,并将被测量的刀具用于飞切加工KDP晶体。结果表明:提出的刃口钝圆半径求解方法能够准确求解金刚石刀具的刃口锋利度,测量结果能很好地描述金刚石刀具的刃口锋利程度,可以为金刚石超精密切削加工的选刀和用刀提供有效指导。

硅微尖上金刚石膜的生长

采用微波等离子体方法在硅微尖上生长了金刚石膜，并利用ＳＥＭ和Ｘ射线衍射方法对金刚石膜进行了研究．

Si和Si尖上纳米金刚石场电子发射性质的研究

研究了 Si和 Si尖上纳米金刚石场电子发射性质。纳米金刚石是利用热灯丝 CVD法合成的 ,反应气体是 CH4、N2 和 H2 的混合物。实验结果表明 Si衬底上的纳米金刚石特别是 Si尖上的金刚石与多晶金刚石相比 ,前者极大地改善了场发射性质。场发射电场阈值和电流与金刚石晶粒度密切相关。文中对其结果进行了讨论。

纳米技术在材料试验方面的应用

本文从2D纳米操纵扫查探头、3D纳米装卸夹具和材料试验应用等方面系统地介绍了纳米技术。

新型人造金刚石刀头的研制与应用

叙述了一种新型高效、耐用人造金刚石圆盘锯牛刀头为试验应用情况。该刀头具有大刚石色镶性能好，工作寿命长，生产效率高的特点，与普通金刚石锯片相比，在切割七级硬度岩石时，可提高切割效率２５％，提高切割寿命４８．５％。

对金刚石刀具刀尖圆弧波纹度评价的滤波分析

为准确评价超精密金刚石刀具刀尖圆弧波纹度,对金刚石刀具刀尖圆弧波纹度的评价进行了滤波分析。介绍了刀尖圆弧波纹度的评价方法,针对关键的滤波环节,分析了高斯滤波、高斯回归滤波、样条滤波和小波滤波的原理,根据实际采样数据设计模拟实验对比了上述4种滤波器的滤波特性。结果表明,对于不同轮廓中线但高频分量完全相同的轮廓,样条滤波器的滤波效果优于高斯滤波器,并通过实际应用对比了高斯滤波器和样条滤波器。实验结果表明:对具有不同轮廓中线但高频分量完全相同的模拟轮廓,分别采用高斯滤波器和样条滤波器,当截止波长分别取0.25mm和0.8mm时,高斯滤波器滤波结果的标准差分别为0.4366nm和9.6544nm,样条滤波器滤波结果的标准差分别为0.0271nm和1.1844nm,说明样条滤波器更适合于超精密金刚石刀具刀尖圆弧波纹度的评价。

热压法生产石材加工用圆锯金刚石刀头

概述了热压法生产石材加工用圆锯金刚石刀头的原料选择、混合料制备、模具结构及材料、热压工艺过程；对产品缺陷的产生原因进行了初步分析；并指出热压法工艺是目前应用最多，发展最快的方法。

金刚线基线用钢丝标准化研究

介绍金刚线基线用钢丝标准研究的意义,对金刚线基线用钢丝标准制定原则及其原料提出要求;重点研究基线的性能特征,如基线规格、公称直径及允许偏差、椭圆度、破断拉力与扭转值及抗拉强度名义值,工艺性能参数如圈径、翘距的量化指标,给出钢丝工艺性能试验方法。

推荐一种锯片刀头仿形砂带磨弧机

激光焊接锯片生产工艺过程中,有一道刀头磨弧工序。文章分析了各种磨弧机的不同结构特点,并推荐一种简单而实用的仿形砂带磨弧机,供有兴趣的厂家参考试制。

金刚石砂轮磨削硬质合金顶尖的工艺探究

研究运用金刚石砂轮磨削硬质合金的磨削工艺,解决原用绿色碳化硅砂轮磨削硬质合金顶尖的磨削裂纹及磨削精度问题。

刀尖微结构SPDT振动压印装置及其试验研究

针对拉刀前刀面内凹且材质坚硬,难以实现刀尖表面微结构加工的问题,对单点金刚石刀具(SPDT)振动压印制备微结构的加工原理进行了研究,提出了一种刀尖微结构SPDT振动压印装置;利用此装置成功在试验拉刀前刀面制备了3排×30列,最大圆截面直径为30μm、深度为10μm的"圆坑型"微结构;并将此试验拉刀与常规拉刀进行了对比拉削试验,研究了刀尖微结构对拉削负载的影响。研究结果表明:在稳定拉削阶段,相较于常规拉刀,试验拉刀的拉削负载均值、最大值、最小值降幅分别达到了5.20%、5.04%和12.33%,说明在拉刀前刀面制备微结构后,可以有效降低拉削负载,提高拉削性能,改善现有加工技术。