连续多试样纳米金刚石膜沉积设备及工艺

首先对热丝化学气相沉积(Chem ica l vapor depos ition,CVD)系统进行改造,设计了在真空室外对室内试样进行操纵的机械手系统和储料台,实现了一次热丝碳化后完成多个不同工艺条件下试样的连续沉积。有限元仿真研究结果表明,多衬底温度场比较均匀,适合于金刚石膜的生长。最后,采用改进沉积系统,在A r-CH4-H2气氛中,在多晶钼衬底上成功制备了纳米金刚石薄膜。R am an,XRD和AFM等结果表明,制备的金刚石纯度较高,晶粒大小在30 nm左右,表面光滑。     

基于微纳米金刚石过渡层的cBN刀具涂层制备

立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,cBN)是仅次于金刚石的超硬材料,比金刚石具有更高的化学稳定性,可以胜任铁系金属的加工。本文在YG6硬质合金上基于微纳米金刚石过渡层开展cBN涂层的制备研究。本文在热丝化学气相沉积系统中制备微纳米金刚石过渡层(Micro/nanocrystalline diamond,M/NCD),在射频磁控溅射系统中制备cBN涂层,并对M/NCD与cBN涂层进行了成分、微观形貌与结合性能的研究。研究结果发现,在硬质合金基体上,M/NCD过渡层的结合性能明显优于NCD过渡层。磁控溅射制备cBN涂层过程中,存在适合cBN沉积的衬底偏压阈值,过高或过低的衬底偏压均不利于cBN含量的提高。     

栅极偏压对纳米金刚石薄膜沉积过程的影响

在HFCVD系统中施加栅极偏压和衬底偏压,采用双偏压成核和栅极偏压生长的方法成功制备了高质量的纳米金刚石薄膜.采用显微Raman高分辨率SEM和AFM等现代理化分析手段分析纳米金刚石膜的微结构,结果表明双偏压显著促进了金刚石的成核密度,平均晶粒尺寸在20 nm以内.试验观察和理论分析表明栅极偏压促进了热丝附近的等离子体浓度,提高了衬底附近的碳氢基团和氢原子浓度,提高了金刚石的成核密度、在保持晶粒的纳米尺寸的同时保持了较高的成膜质量和较低的生长缺陷.     

基于Cr过渡层沉积CVD金刚石涂层的试验研究

研究了在硬质合金上基于Cr过渡层沉积CVD(Chemical vapor deposition)金刚石涂层的工艺，利用自制的CVD金刚石沉积设备制备出晶形完整、晶粒大小均匀、分布连续的金刚石涂层。用SEM和Raman光谱对CVD金刚石涂层进行了分析。结果表明，沉积工艺对金刚石的形态和成分有显著影响，基体温度在800℃左右时，可以得到晶形完整，非金刚石成分较少，与基体结合紧密的CVD金刚石涂层。     

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。     

DLC涂层硬质合金微钻的制备及其切削性能

在硬质合金微型刀具加工高硅铝合金等难加工材料时,通过采用改进的热丝CVD装置开展了DLC涂层硬质合金微钻制备工艺优化,得到了最优沉积工艺,并配合高速加工高硅铝合金(Si15%)材料微小孔钻削性能对比试验,分析了刀具的磨损机理.结果表明:两步预处理方法适合复杂形状硬质合金衬底的预处理方法.钻削高硅铝合金时,DLC涂层具有低摩擦系数和高耐磨损特性,同等切削条件下,涂层微钻的切削寿命比未涂层硬质合金微钻提高了10倍.     

一种新的金刚石合成方法——强激光冲击合成金刚石的初步研究

简要叙述了激光技术的特点及其在金刚石合成方面的应用。在溶胶凝胶法制备碳膜的基础上,采用强激光冲击处理合成了金刚石微晶;以激光喇曼光谱为主要测试手段,分析了合成产物的成分和粒度,研究了激光工艺参数对石墨成分转变的影响作用。并对试样进行了扫描电镜分析,指出了在激光冲击产生的非平衡态热力学条件下,存在着石墨向金刚石转变的趋势;讨论了其转变机理。     

粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料导热性能的研究

采用粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料,研究金刚石颗粒体积分数、烧结温度对复合材料导热性能的影响。利用扫描电镜观察金刚石/铝复合材料组织形貌,采用阿基米德排水法和热导仪测试金刚石/铝复合材料的致密度及热导率。研究结果表明:当烧结温度为875℃,金刚石/铝复合材料组织致密,颗粒分布均匀。随烧结温度的升高,金刚石/铝复合材料热导率呈先增加后降低的趋势,当金刚石体积分数为20%,烧结温度为875℃,其热导率最高为243 W/(m·K)。     

铁基金刚石节块的热处理及其耐磨性能研究

首次提出了在烧结型金刚石工具的制造中引入热处理的新工艺，并系统地研究了淬火温度、淬火时间及回火温度等热处理工艺参数对热压烧结型铁基金刚石圆盘锯节块及其胎体材料机械性能的影响，同时对经热处理的铁基金刚石圆盘锯节块在石材旺苍红上进行磨损试验研究。试验结果表明，热压烧结型铁基金刚石圆盘锯节块胎体热处理的最佳工艺参数为：淬火温度为７６０～７９０℃、淬火时间为３．５ｍｉｎ、回火温度为２４５～３１５℃；经热处理后铁基金刚石圆盘锯胎体及节块的强度、硬度等机械性能有显著的提高，热处理也能明显改善铁基金刚石圆盘锯节块的耐磨性能。这说明将热处理工艺用于烧结型金刚石工具的制造中是切实可行的。     

用液晶膜技术显示边界层转捩

液晶膜是一种新型液晶制成品,系三层结构。对温度敏感的液晶沉积在外层塑料膜和内层黑衬底之间。液晶膜的底面带胶,可直接贴在试验模型表面上。本文简要介绍了低速风洞中的液晶膜技术、液晶膜的构造和显示边界层转捩的原理,并将它应用于声激发控制边界层转捩研究。实验结果表明,液晶膜技术是一种简易可行的显示边界层转捩的新方法。它可以显示转捩过程的起始与结束以及转捩位置随试验条件的变化。与常规液晶技术相比,其优点是使用方便,无需熟练的液晶配制技能和喷涂经验,免受外界污染。液晶膜技术特别适合应用于二元模型。     

Ni—Cr合金与金刚石和钢基体界面微区的分析研究

利用扫描电镜X射能谱，结合金相及试验样逐层的X射线结构分析，剖析了Ni-Cr合金与金刚石和钢基体钎焊界面的微区组织结构，揭示了Ni-Cr合金对金刚石和钢基休面的浸润和钎焊机理。即在钎焊过程中，Ni-Cr合金中的Cr元素分离出在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3，在钢基体结合界面上Ni-Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合，这时实现合金层与金刚石和钢基体都有较高结合强度的主要因素。     

椭圆喷管设计与数值模拟

提出了一种椭圆喷管的设计思路,并对椭圆喷管流场与矩形喷管流场进行了对比分析。通过数值计算表明,在相同的驻室参数、相同的长度和出口面积条件下,椭圆喷管出口马赫数略高于矩形喷管。湍流和高温真实气体效应均降低了喷管的有效面积比,改变了喷管流场的膨胀波系,通过选择合适的喷管出口位置可以获得较好的试验均匀区。椭圆喷管作为高超声速风洞特种试验装置,可以有效利用加热器的能量,提高设备的参数模拟能力,可适用于大尺寸扁平状前缘、舵、翼等模型的防热试验和大宽高比的冲压发动机试验研究。     

水雾粒径对冰附着力影响的实验研究

冰附着力是冰与基底表面之间的作用力,研究环境参数对冰附着力的影响对认识冰附着力机理、开发防除冰方法以及分析融冰和脱冰特性具有重要的意义。在基底不变的条件下,实验研究了静态结冰以及相同水含量、不同平均粒径（40、80、250μm）的水雾在不同温度（-25~0℃）下的动态结冰的冰附着力（剪切力）的变化情况。相对于静态结冰,动态结冰的冰附着力随温度的变化存在一个转折点,可称该转折点所对应的温度为临界温度。在临界温度以上,冰附着力随温度的降低而增加,成冰方式对冰附着力影响不大;而在临界温度以下,动态结冰所成冰的冰附着力相对于静态结冰明显要小,所成冰从明冰向混合冰或者霜冰转变。水雾平均粒径不同,临界温度随之变化,动态结冰的冰附着力随温度的变化趋势也随之变化。     

基于基因算法与博弈论的气动高升力优化(英文)

讨论了基于基因算法与博弈论的组合优化算法在高升力气动优化问题中的应用。引入基因算法与博弈论相结合的分布式组合算法 ,可以将复杂的优化问题分解为几个简单的局部优化问题。文中论述了组合优化算法的构造方法 ,并应用于高升力多段翼型气动优化。与传统基因算法的数值计算结果进行了比较 ,表明本文构造的方法具有高效收敛性及强的鲁棒性 ,可广泛应用于先进气动设计问题。     

利用遗传算法进行稠密视差图估计

提出了一种利用遗传算法解决立体匹配问题的方法以获得稠密的视差图。与以往方法不同．本将立体匹配问题看作一种多极值的优化问题——从一组可能的视差图中找到最合适的一个。在大量的优化算法中，已经证明对于具有广阔搜索空间的全局优化问题，遗传算法是一种潜在的有效方法。从这个思想出发．本把每一个视差图看作是一个进化个体．并把视差值作为染色体进行编码．因此该算法中．一个个体将会包含大量的染色体。然后，把一些匹配约束转化形成目标函数，利用遗传算法去搜索待解决问题的全局最优解。另外，为了减少匹配上的不确定性以及时间消耗，中还采用了从粗糙到细致的层次化匹配策略(coarse—to-fine strategy)。最后给出合成图与真实图的匹配实验结果．以验证该方法的性能。     

基于基因算法与博弈论的气动高升力优化

A multi-objective evolutionary optimization method (combining genetic algorithms(GAs)and game theory(GT))is presented for high lift multi-airfoil systems in aerospace engineering.Due to large dimension global op-timization problems and the increasing importance of low cost distributed parallel environments,it is a natural idea to replace a globar optimization by decentralized local sub-optimizations using GT which introduces the notion of games associated to an optimization problem.The GT/GAs combined optimization method is used for recon-struction and optimization problems by high lift multi-air-foil desing.Numerical results are favorably compared with single global GAs.The method shows teh promising robustness and efficient parallel properties of coupled GAs with different game scenarios for future advanced multi-disciplinary aerospace techmologies.     

面向驱动格尼襟翼应用的压电悬臂梁位移分析

为了设计格尼襟翼的驱动机构,本文对压电悬臂梁自由端的位移及其影响参数进行了研究。采用EulerBernoulli悬臂梁模型给出了压电悬臂梁自由端的位移表达式,并采用有限元法研究了压电悬臂梁的基体厚度和压电片的布置位置等参数对悬臂梁自由端位移的影响。通过两种方法分析了压电悬臂梁自由端的位移变形,研究结果表明,通过解析法和有限元法分别计算得出的压电悬臂梁自由端的位移最大误差不超过3.6%。在其他条件一定的情况下,减小基体厚度、将压电片布置于悬臂梁根部以及选择合适的压电材料能够使自由端获得相对较大的位移。由于压电悬臂梁的位移不能满足格尼襟翼的驱动要求,需采用放大机构进一步放大自由端位移。