热激励谐振式硅微结构压力传感器

对一种以方形硅膜片作为一次敏感元件,硅梁作为二次敏感元件的热激励硅谐振式压力微传感器进行了较系统的研究 :建立了微传感器敏感结构的工程用数学模型;以所建立的模型实际设计了敏感结构参数 :方形膜边长 4 mm,膜厚 0.1 mm,梁谐振子长 1.3mm,宽 0.0 8mm,厚 0.0 0 7mm;采用微机械加工工艺加工出了原理样件;采用电热激励、压阻拾振方式对其进行了开环测试     

微磨料气射流加工技术研究现状与展望

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术,已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力,国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研究工作。本文在概述磨料射流加工技术发展的基础上,全面总结了国内外学者在微磨料气射流加工（MAJM）技术中的微磨料气射流束发散效应及其抑制策略、材料力学性能对材料冲蚀去除模式的影响、材料冲蚀加工过程磨料嵌入抑制策略、微结构冲蚀加工几何特征等方面的主要研究成果,并对微磨料射流加工技术的难点与发展趋势进行了展望。     

微谐振式压力传感器的差动输出设计与建模

提出一种应用于微谐振式压力传感器的敏感结构,其一次敏感元件为矩形硅膜片,膜片的上表面架设有三个两端固支的硅谐振梁,间接感受压力作用,根据膜片上不同位置设置的硅谐振梁的固有频率对于压力变化有不同的变化规律的特点,实现对被测压力的差动输出检测。针对这种结构,建立被测压力与谐振梁固有频率的数学模型。设计实际尺寸参数进行计算分析,得出谐振梁的分布位置和几何参数对其振动特性的影响规律,给出了由差动输出解算压力的公式,验证了所提出的结构的设计思想和优化参数的可行性。     

壁面带微结构管道内Cassie状态稳定性的实验研究

保持液体在微结构表面处于Cassie状态,是流动减阻的关键。首先利用MicroPTV分别测量了带微结构侧壁处于Cassie和Wenzel状态下的流场速度,表明Cassie状态下近壁速度提高至光滑表面的1.6倍,而Wenzel状态下近壁速度将减小。通过精细控制微管道的驱动压强,观察了液体在近壁由Cassie向Wenzel状态的转变,并测出C/W转变的临界压强值Δpcr约10.9kPa,与Laplace理论预测值10.15kPa基本相符。考虑到Cassie状态失稳也会发生在液体进样过程中,实验还观察了微结构角点对液体进样的＂锚定＂作用,并初步分析了液体进样中自由液面在微结构表面保持Cassie状态的条件。     

用于精细微结构加工的快速刀具伺服系统设计

通过分析不同类型精细微结构的特点,设计了满足加工要求的快速刀具伺服系统,给出了不同形式柔性铰链刀架刚度的适用公式,并通过正交试验法对敏感结构参数进行了优化.实验结果表明,研制的快速刀具伺服系统刚度为328N/μm,固有频率大于3kHz,最大输出位移为38.1μm,能够实现精细微结构的高效高精度加工.     

微尺度线电极电解加工

微尺度线电极电解是近期出现的一种新加工方法,采用钨丝作为线电极,在加工过程中电极无损耗,通过控制工具电极轨迹可实现微细结构加工。建立了微尺度线电极电解加工模型;通过微尺度线电极叠加微幅振动,促进了加工间隙中电解液更新;针对加工电压、脉冲宽度、脉冲周期和加工速度等影响微尺度线电极电解加工精度的因素进行了参数对比试验,并对加工参数进行了分析和优化。采用电化学腐蚀原理进行微米尺度线电极的在线制作,在线制得直径10 μm和2 μm的线电极,实现了切缝宽度为20 μm以下的复杂微细结构以及切缝宽度为8 μm以下的微螺旋结构。     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

背壁5-II材料高温热物理性能及微结构特征

研究了背壁5-II材料的密度、失重率和孔隙率随温度的变化规律,测试了温度对比定压热容、热导率的影响,研究了不同温度下和发动机长时间热试车下5-II材料的微结构特征。结果表明,5-II材料密度随温度升高而降低,热解后密度降至1.28 g/cm3,开孔率在30%左右;比定压热容随温度升高而增大,热导率随温度缓慢降低;随温度升高,其微结构特征表现为孔隙的大量增加和贯通,密度和孔隙率可作为固体发动机背壁热解失效的主要参量。     

微结构表面金刚石车削加工过程中快速伺服刀架的控制

 微结构表面金刚石车削加工过程中由于切削深度突变而易于引起切削力干扰,采用滑模变结构控制算法来解决这一问题。研制了用于微结构表面加工的快速伺服刀架,建立了快速伺服刀架动力学模型,并设计了基于连续时域模型的滑模变结构控制器,它与系统的参数变化及扰动无关,因此在切削过程中具有很好的鲁棒性。另外,滑模变结构控制系统快速性好,无超调,计算量小,实时性强,很适合于加工控制。针对滑模变结构控制算法与常规PID控制算法进行了阶跃响应对比实验,结果表明滑模变结构控制算法比常规PID控制算法的超调小,稳态误差小于20 nm。最后以微菲涅耳透镜作为微结构表面的实例进行加工实验,实验结果进一步验证了滑模变结构控制算法的有效性。     

制作微结构的超声复合加工机理

提出了制作微结构的超声复合加工方法,分析了超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工机理。用微细放电组合工艺制作了多种截形微细工具电极;完善试验系统,进行了多种材料、形状微结构超声复合加工试验。结果表明:超声加工是制作硬脆材料微结构的有效方法;超声复合电火花制作金属材料微结构有较好的精度及加工稳定性;超声复合电解加工兼有效率高、精度好的技术优势。