单晶硅超精密车削加工脆塑转变机理及临界切削厚度的研究

通过分析单晶硅的纳米印压试验结果以及显微压痕透射电镜观察结果,并结合尺度效应理论,提出了一种新的单晶硅超精密切削脆塑转变机理,建立了宏微结合的单晶硅超精密切削模型。首次基于理论分析的方法给出了较为精确的单晶硅脆塑转变的临界切削厚度,并通过试验对研究结果给予验证。     

单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究

分析了单晶硅超精密切削时被加工晶面和滑移面间的相对关系以及单晶硅的力学特性,基于单晶硅超精密切削加工脆塑转变机理,模拟了分别以单晶硅(111)(、110)(、100)晶面为被加工面时的表面质量的各向异性特性。模拟结果表明这些晶面在不同晶向方向上表面质量呈现明显的各向异性特性,而以单晶硅(111)晶面作为被加工面时可以得到最好的加工表面质量。     

单晶硅超精密切削加工表面粗糙度预测模型的建立及试验研究

利用超精密机床进行切削加工时,对于操作者来说,首先面临的问题是最优切削用量组合的确定,这也是最让操作者感到棘手的问题.单晶硅成功的切削过程取决于优化工艺参数,比如进给量、背吃刀量、切削速度等.为了建立精确可靠的表面粗糙度预测模型,本文将遗传基因算法应用于回归分析,同时在超精密机床上对该预测模型进行了试验验证.     

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.     

切削过程有限元仿真研究进展

得益于高性能计算机和软件技术的发展,数值仿真为深入理解切削过程、研究刀具磨损、提高加工表面质量等提供了强大的技术支持。总结了现有几种本构模型的特点,对构建切削仿真有限元模型中的几个关键问题进行了分析和总结,综述了有限元仿真技术在金属切削过程中切屑形成研究、切削温度和切削力、刀具磨损、刀具优化和残余应力预测以及加工表面显微组织演变模拟等方面的研究成果。最后,系统地分析了切削过程有限元仿真研究中存在的问题,探讨了该研究领域未来的发展趋势和需要进一步探索的热点问题。     

飞机整体结构件加工变形的有限元模拟与试验研究

在模拟淬火、拉伸过程获得含有初始残余应力的预拉伸板材以及模拟单齿切削过程获得切削载荷的基础上,提出并采用接力算法,对一航空整体结构件的材料铣削过程进行有限元仿真,同时进行了试验研究.结果表明,有限元模拟的整体结构件的变形与试验具有一致性,从而证明提出的整体结构件加工仿真关键技术的可行性,避免了为研究加工变形而进行的繁琐的试错法.     

基于不同前角的航空铝合金切削过程分析

为合理选用刀具前角,研究前角变化对航空铝合金7050-T7451切削过程的影响.对前角影响进行理论分析,并借助有限元软件ABAQUS/Explict建立热力耦合的平面应变正交切削模型,采用Johnson-Cook材料本构关系及失效准则模拟不同刀具前角时切屑的形成过程,对比分析了前角变化对切屑形态、切削力和切削温度的影响.仿真结果表明,大前角的刀具有利于改善切削过程,但为避免产生带状切屑,合理的前角范围应为8°～l6°.通过对两种方法的分析结果对比,验证了有限元模型的准确性,对实际加工具有一定的指导意义.     

单晶硅各向异性力学性能纳米压痕实验研究

应用纳米原位压痕仪对单晶硅(100),(110),(111)晶面进行纳米压痕实验,对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶硅(111)晶面相对于其它两个晶面具有较小的弹性模量和硬度值。通过单晶硅不同晶面原子结构分析,认为晶面原子层的间距分布差异是各晶面弹性模量差异的主要原因。     

高速切削GH4169高温合金时的残留变形及切削力仿真

应用ABAQUS有限元分析软件建立了高速切削镍基高温合金GH4169的二维切削仿真模型,对切削过程进行了模拟,获得了切削过程中的应力变化及分布情况、切削速度和切削深度对切出端应力分布、残留变形及切削力的影响。研究结果表明:在切削过程不同的切削阶段中第一变形区的最大等效应力大小总体变化不大;切削速度对工件切出端应力分布的影响不大,切削深度增大使得较大应力分布面积明显增大;刀具切出工件后在工件切出端处会形成塑性延伸变形,塑性延伸长度在切削速度较低时较大,而在切削速度较大时较小且变化不大,塑性延伸长度随着切削深度的增加而增加;切削分力F_x随切削速度和深度的增大而增大,F_y随切削深度的增加而有所增大,但切削速度对F_y的影响较小。切削深度对F_x的影响较切削速度更大。     

高速切削有限元模拟技术研究

有限元模拟是研究高速切削机理的有效方法,本文致力于有限元模拟所必需的关键技术研究。依据大变形理论和虚功原理对高速切削过程进行分析,建立了基于拉格朗日描述的有限元控制方程。通过研究材料动态本构关系、刀屑接触、切屑分离、切屑断裂和切削热动态耗散与传导关键技术建立了正交切削有限元模型,提出材料本构关系建立方法和切屑断裂能量解释观点,最后结合实例进行高速切削模拟,并对模拟结果进行分析和验证,指出所建立的有限元模型是合理的。     

单晶硅电火花线切割表面损伤层形成机理

 为了研究单晶硅电火花线切割(WEDM)表面损伤层的损伤形式和形成机理,以电火花线切割加工后的单晶硅表面为研究对象,采用表面形貌观察分析及择优腐蚀方法研究了单晶硅经过电火花线切割后的加工表面.研究结果表明单晶硅经电火花放电加工后表面损伤形式分为4种:热损伤、应力损伤、热与应力综合作用损伤及电解/电化学腐蚀损伤.热损伤使得硅表面形成多晶或非晶硅;应力损伤使硅表面产生裂纹;热与应力综合作用会产生小孔效应,且随着放电功率密度的增加,小孔会明显增多;电解/电化学作用会加快损伤区域及杂质元素富集区域的腐蚀.     

磁过滤直流真空阴极弧制备类金刚石膜的结构和力学性能研究

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在硅片、不锈钢片基体上制备了类金刚石(DLC)膜。检测结果表明,膜中存在着微米级的大颗粒分布,膜厚为290nm,sp3键的含量为62.23%。所制备的薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征,耐磨性能优良,膜与基体的结合性能良好。     

A hybrid chemical modification strategy for monocrystalline silicon micro-grinding: Experimental investigation and synergistic mechanism

For high performance manufacturing of micro parts and features, a hybrid chemical modification strategy is proposed to decrease critical energy barrier of mechanical removal of hard and brittle crystal material by refining localized machining condition. The strategy, namely UV-light and IR-laser hybrid chemical modification (UVIR-CM) strategy, includes two steps, an ultraviolet light (UV-light) catalytic advanced oxidation and an infrared laser (IR-laser) assisted selective modification based on Fenton liquid–solid reaction for monocrystalline silicon. The modification effects of UVIR-CM strategy were investigated by surface morphology micro-observation, cross-section transmission electron microscopy (TEM) observation, Raman spectroscopy analysis and nanoindentation test. Experimental results demonstrated that varied degrees of laser texturing appeared on different strategy samples’ IR-laser scanned area. And the IR-laser thermal damage has been successfully inhibited due to the refraction and reflection of energy by bubbles in liquid medium. But for the UVIR-CM strategy, a uniform and amorphous silicate layer is detected in a certain boundary. The UV-light promotes oxidation cycle ability of the chemical solution and ensures sufficient oxide modified layer for subsequent step. Attributing to synergism of photochemical, photothermal and kinetic effects induced by IR-laser, the modified layer displays layered structure with about 600 nm thickness, (2.7 ± 0.60) GPa nanohardness, and (93.7 ± 22.9) GPa indentation modulus. And the layered structure is amorphous layer, nanocrystal and micro-twins layer from the surface to the interior of sample. Consequently, it reveals that the subsequent mechanical removal will become easy due to decreasing energy barrier of monocrystalline silicon in selective area. Meanwhile, its original excellent mechanical properties also are maintained under a certain depth. The results contribute to develop a novel combined micro-machining technology to achieve collaborative manufacturing of structure shape and surface integrity for micro parts and feature.     

单晶金刚石微型刀具的工艺技术研究

介绍了单晶金刚石微型刀具的应用和技术特点,研究探讨了单晶金刚石微型刀具的设计原理和制造工艺,并探究了用"金刚石磨金刚石"方法加工金刚石微型刀具的可行性和潜力.     

Some features of monocrystalline turbine blade regeneration after high-temperature treatment

In this paper, some data on monocrystalline specimens and turbine blades produced from the nickel-base heat-resistant alloys (ZhS6U-VI, ZhS30-VI, and ZhS32-VI) is considered using the methods of metallography and X-ray diffractometry after performing gas isostatic pressing and hightemperature vacuum treatment operations.     

飞行状态对太阳能飞机中组件性能的影响

基于光伏组件产生功率模型，研究了太阳能飞机中飞行速度、高度、时间及区域等状态参数影响组件性能的规律。以单晶硅组件及Xihe太阳能飞机为研究对象，当飞机飞行速度增加时，组件产生的功率随之增加但趋于饱和。原因在于速度的增加能有效降低组件的表面温度，但提升是有限的。飞机所需的功率随飞行速度呈现指数增加，且组件产生的功率与飞机所需的功率有能量平衡点。组件产生的功率随飞行高度的增加而增加，但有饱和的趋势。原因在于，当飞行高度上升，大气温度随之下降，组件表面温度下降；同时海拔越高，大气密度和大气通透率越大，太阳辐射增加，从而组件产生的功率增加了；饱和的原因在于组件本身性能的限制。一天之中，组件产生的功率基本以太阳时12点为中心左右近似对称，中午最强；一年中组件性能在夏季最强，冬季最弱。原因在于组件性能主要由所受太阳辐射决定。随着纬度的增加，组件产生的功率减小。原因在于，纬度越高，太阳高度角越小，组件所能接受到的太阳辐射也就越小；纬度越低，组件总产生功率越高且平稳。纬度低的地区更适合太阳能飞机的飞行。该文为太阳能飞机的能量分配、长时间驻空提供一定的帮助。     

正交各向异性材料粘塑性损伤统一本构关系研究

用损伤力学与粘塑性理论相结合的方法,将正交个性异性材料的粘塑性统一本构模型［１］进行了修正和推广,建立了在蠕变与疲劳载荷交互作用下正交各向异性材料的粘塑性损伤统一本构模型。用该模型预测了ＤＤ３ 单晶合金的蠕变和疲劳特性以及蠕变和疲劳损伤,预测了在循环载荷作用下材料的蠕变与疲劳交互作用损伤及其寿命。同时将计算结果和试验结果进行了比较     

短纤维增强铝硅合金中共晶硅形貌的SEM观察

利用挤压铸造制备了氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料，在sEM上观察了复合材料中的共晶硅形貌。结果表明，复合材料中的氧化铝短纤维可作为硅相非自发形核的衬底，并且在铝硅共晶体的共生生长过程中，可触发孪晶，导致纤维附近的共晶硅呈变质形态。     

Residual stresses of polycrystalline CBN abrasive grits brazed with a high-frequency induction heating technique

Residual stresses produced in polycrystalline CBN abrasive grits during a high-frequency induction brazing process are calculated by using ?nite element analysis, with a consideration of the nonuniform temperature distribution in the induction brazing model. The in?uences of induction brazing parameters on the residual stresses of polycrystalline CBN abrasive grits have been analyzed, including the embedding depth, grit side length, etc. Results obtained show that the tensile stress with a 40% embedding depth is 292 MPa, which is the minimum on the bonding interface compared with other embedding depths. Meanwhile, the maximum tensile stress is 575 MPa, with an increase of 59% compared with that of a grit side length of 50 mm. Finally, the simulation results of the brazing residual stress of polycrystalline CBN abrasive grits have been con?rmed valid based on the residual stress measurement of the brazed monocrystalline CBN grit.     

硅谐振梁式压力微传感器边界结构参数优化

对一种硅谐振式压力微传感器敏感结构的边界结构参数进行了优化设计。所讨论的敏感结构以方形硅膜片作为一次敏感元件,直接感受被测压力。在膜片的上表面制作浅槽和硅梁,以硅梁作为二次敏感元件,间接感受被测压力。为减少敏感结构内外能量耦合,提高振子的Ｑ值,采用有限元仿真分析的方法,优化敏感边界结构参数。