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...     

激光辅助车削工艺参数对单晶硅表面质量的影响

为了提高单晶硅激光辅助车削加工表面质量,通过开展激光辅助和常规车削加工试验,结合表面粗糙度、表面形貌及拉曼光谱检测,研究激光辅助车削技术对加工质量的影响。基于正交试验方法,研究单晶硅激光辅助车削工艺参数对表面粗糙度的影响;通过方差分析和极差分析评估各因素对表面粗糙度的影响。研究结果表明：与常规车削相比,激光辅助车削可有效提高加工表面质量,降低材料表面的残余应力。主轴转速、进给速度、切削深度和脉冲占空比对表面粗糙度的贡献率分别为17.51%、44.48%、6.69%和14.70%。确定最佳加工参数组合如下：主轴速度为4 000 r/min,进给速度为2 mm/min,切削深度为5μm,脉冲占空比为30%,最终获得表面粗糙度Rq为2.4 nm的高质量表面。     

193 nm紫外激光对单晶硅的损伤特性研究

主要开展了193 nm紫外激光对单晶硅的损伤实验,观察分析了材料表面的损伤形貌,建立了193 nm紫外激光损伤单晶硅的理论模型,计算分析了材料的温度场及应力场分布,讨论了损伤形貌及损伤机理。研究结果表明：193 nm紫外激光对单晶硅的损伤机理主要为热力耦合效应,硅材料表面产生严重的熔融烧蚀和裂纹状的应力损伤,计算得到193 nm紫外激光对单晶硅的熔融损伤阈值为0.71 J/cm²、热应力损伤阈值为0.42 J/cm²。     

单晶硅超精密切削工艺参数优化与实验研究

为提高单点金刚石车削单晶硅的表面质量,以表面粗糙度为优化目标,设计正交切削实验,过方差分析、响应曲面分析和极差分析研究主轴转速、进给速度和切削深度对表面粗糙度的影响。结果表明：主轴转速对表面粗糙度影响显著,其贡献率最大,主轴转速越大,表面粗糙度值越小;建立表面粗糙度回归模型,主轴转速和进给速度的交互作用对表面粗糙度的影响最大;获得最优切削参数组合,即主轴转速3 300 r/min,进给速度2 mm/min,切削深度5 µm。在此切削条件下,获得了表面粗糙度Ra 2.7 nm的高质量单晶硅元件,在扫描电镜下观察其表面相对光滑,切屑呈带状,材料在延性域内去除。     

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.     

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...     

基于倒金字塔结构的自供电Si/PEDOT:PSS异质结光电探测器

随着光电器件的进一步发展,陷光结构得到广泛关注,但是倒金字塔结构、尺寸与其陷光性能之间的关系有待深入研究。本文采用铜银共辅助腐蚀法制备倒金字塔结构并实现倒金字塔结构的尺寸在1μm以下调控,研究发现平均尺寸为1μm倒金字塔结构具有最优异的陷光性能。将具有优异陷光性能的倒金字塔结构硅衬底应用于Si/PEDOT:PSS异质结光电探测器,该光电探测器在外加0 V偏压条件下对980 nm波长的光具有61mA/W的响应度和9.20×10¹² Jones的比探测率,实现了卓越的光电响应性能。本文为高性能Si/PEDOT:PSS异质结光电探测器的制备提供了一种新思路,证明了倒金字塔结构具有广阔的应用前景。     

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.     

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。     

紫外纳秒脉冲激光烧蚀单晶硅表面特征创成机制

脉冲激光表面微织构技术可以有效改善单晶硅表面磨擦特性、光学反射率以及亲疏水性等,拓宽了单晶硅的使用范围。为加工出均匀的表面织构,基于激光与物质的相互作用,开展了紫外纳秒激光加工单晶硅表面阵列织构的试验研究。采用面积法计算了单晶硅紫外纳秒激光烧蚀阈值,并通过单因素法研究了激光输出功率、脉冲重复频率、光斑扫描速度以及扫描次数对加工沟槽宽度和深度的影响规律,分析了烧蚀沟槽典型形貌特征及形成机制,获得了工艺参数对微结构特征的影响规律。最后,基于优化的工艺参数,在单晶硅表面加工了点阵、方形阵列、正六边形阵列、正弦波阵列以及螺旋线等表面结构。