中等粒度纳米金刚石用于磁头抛光的工艺

采用浮动块研磨抛光机,研究中等粒度纳米金刚石抛光液用于硬盘磁头抛光时其颗粒大小及其悬浮液的分散稳定性与磁头表面质量的关系,以及抛光各工序、运行参数与表面质量的关系.磁头表面质量采用原子力显微镜观测分析.通过对抛光过程运行参数的正交实验,对中等粒度纳米金刚石用于磁头抛光的工艺过程进行优化.实验结果表明:磁头表面粗糙度随着金刚石粒径的减小而减小,但二者并不呈线性关系;抛光液的分散稳定性比抛光液颗粒粒径更能影响表面划痕的深度;精研磨能有效去除表面划痕;而抛光能有效降低表面粗糙度,但其对划痕的消除不如精磨有效;各参数对表面粗糙度和划痕的影响程度不同,但是优化后参数取值相同.     

液氮压裂中液氮对岩石破坏的影响试验

为了研究液氮对岩石破坏的影响,在理论分析的基础上,借助核磁共振测试技术,通过测试所选取的砂岩岩样孔隙体积及孔隙结构的变化,研究液氮对干燥状态和饱和水状态岩样的破坏形式。结果表明:液氮的热力冲击作用可使干燥岩石在较短时间内产生收缩变形和孔隙体积减小,试验后红色砂岩和白色砂岩岩样的孔隙体积分别降低了8.63%和4.78%;冻结作用对饱和岩样的矿物颗粒之间胶结较弱处具有损伤破坏作用,当损伤达到一定程度后,会贯通成缝,使岩体出现断裂现象。     

光学元件磁性复合流体抛光特性研究

采用磁性复合流体(MCF)对BK7玻璃进行定点抛光实验,对抛光斑进行三维模型重构,并对磁场空间分布进行仿真与实验分析,阐明抛光材料去除机理,确定材料去除率、表面粗糙度及硬度随抛光时间的变化规律,建立了材料去除量与磁通密度的关系曲线。实验结果表明:抛光形成的抛光斑表面轮廓为蝶形,其沿抛光轮轴向的截面轮廓呈"W"形;材料去除量与磁场强弱及抛光时间密切相关,抛光深度去除率最高可达553 nm/min;表面粗糙度随抛光时间的增加先上升后下降,MCF抛光可获得表面粗糙度Ra6 nm的光滑表面,且粗糙度与硬度呈现一定的正相关关系。     

利用原子力显微镜表征页岩孔隙结构特征

页岩储层孔隙结构复杂，非均质性强，矿物组分多样，这些储层特性加大了页岩油的开采难度。为了更好的表征页岩孔隙结构，利用原子力显微镜（atomic force microscope,AFM)技术，结合Gwyddion软件对大港、吉木萨尔和松辽盆地页岩的孔隙结构以及表面粗糙度进行了表征。结合快速傅里叶转换分析页岩的非均质性，采用分水岭法识别孔隙分布特征，分析不同地区页岩储层的孔隙结构差异。原子力显微镜可以对页岩的表面形貌进行表征，通过平均粗糙度、均方粗糙度、表面偏度和峰度系数等参数对表面粗糙度进行评价，可以准确表征页岩纳米级的孔隙结构，包括孔隙数量、孔隙大小、孔隙面积、孔隙体积和孔隙度等。结果表明：大港和吉木萨尔页岩的表面高度较高，松辽盆地页岩表面高度较低，大港页岩非均质性较强，孔隙主要以微孔为主，吉木萨尔页岩和松辽盆地页岩非均质性较弱，中孔和宏孔数量较多，孔隙发育较好。     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.     

氮化铝基板抛光工艺的正交实验研究

为解决氮化铝基板抛光工艺的问题,采用正交实验方法系统研究了抛光工艺参数、抛光液平均粒度、抛光液PH值、抛光盘转速、抛光头压力对氮化铝基板微表面粗糙度的影响规律。通过确定较佳的工艺参数,能够批量化生产出满足Al N薄膜材料的抛光基板,成品率达90%。正交实验表明,各因素对氮化铝基板微表面粗糙度的影响因素由大至小顺序为:抛光液平均粒度、抛光液PH值、抛光盘转速、抛光头压力;探索出批量化生产氮化铝抛光基板抛光工艺条件是:抛光液平均粒度为75nm、抛光液PH值为11、抛光盘转速为40RPM、抛光头压力为0.55MPa。     

符合Gauss分布规律的随机粗糙表面数值模拟

为了研究目标表面激光和红外光散射特性,首先必须对材料表面粗糙度进行数值模拟,这是表面散射特性研究中的基础和关键.本文按照指数自相关函数关系建立二维粗糙表面统计分布规律数值模型,对随机粗糙表面轮廓进行描述,由计算机模拟生成粗糙度相关参数,如高度平均值、相关长度和均方根高度,进而生成随机数值表面.并结合实测的抛光花岗岩表面粗糙度相关参数进行模拟,其表面状态符合Gauss分布规律.     

节理面形貌参数相关性分析及粗糙度量化分级研究

以岩石自然节理面为研究对象,对节理面形貌进行了测量,建立了节理面三维形貌图,在此基础上计算得到了5个形貌参数,以中心线平均高度均方根为基准,对参数之间的相关性进行了研究.在形貌参数测量的基础上,选取3个形貌参数,采用模糊数学方法,实现节理面粗糙度的量化,对粗糙度进行了分级,并对形貌参数与粗糙程度指标之间的依存关系进行了研究.研究表明,中心线平均高度与均方根呈线性正比例关系,峰态系数、偏度系数及表面微凸体倾角均方根值与中心线平均高度均方根值的比值与中心线平均高度的均方根值为幂函数关系.粗糙度量化分级研究结果表明,粗糙度量化分级指标与静摩擦因数及静摩擦角有明显正比例线性关系,静摩擦因数、静摩擦角及量化分级指标与中心线平均高度均方根值的比值与中心线平均高度均方根值为幂函数关系.通过各参数相互之间的定量函数关系,可得到相关性系数,进而实现形貌参数对节理面粗糙程度及摩擦力的估算.     

疏浚土固化前后的压缩模量及微观结构变化的定量研究

在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用WK-G1固化剂对横沙岛区疏浚土进行了固结试验,得到固化疏浚泥的压缩模量Es与固化剂掺量、养护龄期之间的关系;并利用电镜扫描(SEM)对其中某一特定固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测。运用IPP图像处理软件和Matlab编程对固化土SEM图像进行处理,得到固结过程中不同龄期下的粒度分维D_(ps)和孔径分维D_(bs)、颗粒分布分维D_(pd)和孔隙分布分维D_(bd)、颗粒表面起伏分维D_(pr)以及颗粒和孔隙的个数、平均面积、平均直径等微观结构参数。并对微观结构参数和分维数与压缩模量的关系作了定量分析。结果表明:在WK-G1固化剂固化疏浚土的过程中,压缩模量Es随着龄期和固化剂掺量的增加而显著增大;微观结构方面表现出土颗粒数增多,颗粒分布集中,平均粒径和颗粒平均面积增大,颗粒表面起伏变大,颗粒逐渐均一化;孔隙数增多、平均孔径变大、孔隙平均面积减少、孔隙更加分散,均一化变差;各分维值与龄期和压缩模量具有高度的线性关系,相关系数R~2可达0.97。     

基于分形理论和随机抽样的机加工表面粗糙度轮廓曲线几何形貌共性表征

不同表面粗糙度下的轮廓曲线几何形貌共性特征,是建立机加工金属密封面微观泄漏模型,计算气体泄漏率定量评估密封性能的基础前提.首先,通过Monte Carlo随机正态分布抽样公式结合密封表面粗糙度加工参数,模拟得到服从正态分布和预设表面粗糙度值的粗糙表面轮廓曲线.然后,依据不同样本容量和表面粗糙度下平均峰角、平均峰高和三角峰数目/样本容量等轮廓曲线形貌特征统计数据,分析得到模拟曲线几何共性特征.最后,采用分形理论中剖面位形法,通过数据拟合得到粗糙表面轮廓曲线几何形貌特征值(平均峰角和平均峰高)与分形参数(分形维数和分形标度)间的函数关系.结果表明:机加工表面粗糙度与分形维数一一对应,使得用分形参数定量描述粗糙表面轮廓曲线成为可能.     

微犁削成形金属表面的微观形貌特征

综合粗糙度和分形维数两种评价方法对微犁削成形金属表面的微观形貌进行分析,研究微沟槽表面形貌特征及加工参数对其的影响规律.研究表明:微犁削沟槽表面不同位置的轮廓分形维数和轮廓粗糙度均符合特定统计规律,且轮廓分形维数平均值和轮廓粗糙度平均值存在较强的正相关性;在一定的加工参数范围内,槽深的增大和加工进给量的减小使沟槽表面轮廓分形维数和轮廓粗糙度的均值上升.文中还基于实验数据,利用改进的W-M分形函数建立了描述上述形貌特征的微犁削沟槽表面数字化模型,为微犁削成形表面功能结构的仿真与主动设计奠定了基础.     

随机抽样在粗糙表面接触力学行为分析中的应用

为研究表面粗糙度对接触表面力学行为的影响规律,结合表面粗糙度的加工参数和随机抽样方法,对服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线进行了模拟.根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态的共性特征,建立了基于圆锥与平面接触的三维粗糙表面接触力学模型,推导出平面几何压力与粗糙表面微凸体变形间的定量关系.分析结果表明:服从正态分布的轮廓高度曲线中的峰角顶点数目约为样本容量的1/3;圆锥压入平面时平均压力/材料纯剪应力的比值与其半角呈二次方关系;表面粗糙度越大,轮廓曲线的起伏越大,两接触面相互嵌合越容易;表面粗糙度越大,材料屈服强度对接触微凸体变形的影响也越明显.     

典型机械加工表面形貌统计参数分析

为得到粗糙接触表面接触模型的计算参数,开展了典型机械加工表面的统计参数分析与研究.采用表面轮廓仪测量了典型加工方法下得到的不同粗糙值的表面形貌数据,根据ISO 11562标准,使用零相移高斯滤波对表面轮廓进行处理得到表面粗糙度数据;基于三次样条曲线拟合的方法和凸峰独立的原则,提出一种新的凸峰定义方法,分析拟合后的数据得到表面凸点的高度分布函数、凸点平均半径和密度等接触模型计算参数.分析结果表明:粗糙度参数对高度分布函数、凸点平均半径和密度均有显著的影响,而加工方法对平均曲率半径影响较小,对高度分布函数和密度影响较大.     

基于烧蚀原理的激光抛光的数值建模与分析

采用连续激光对304不锈钢材料进行了基于烧蚀原理的激光抛光实验,得到了较好的抛光效果.耦合激光抛光中的传热和材料汽化,建立了一个二维瞬态数值模型,仿真了激光抛光中工件表面的演变,预测了激光抛光后工件的表面形貌和表面粗糙度值,仿真结果与实验结果十分接近,误差仅为8.17%.此外,利用该模型研究了激光抛光中工件表面移动速度的分布情况,确定了表面移动速度与初始表面形貌的关系:表面形貌波峰位置的表面移动速度较大,而波谷位置的表面移动速度较小,揭示了基于烧蚀原理的激光抛光降低工件表面粗糙度的机制.     

草酸镧纳米晶体的超声固相化学合成及表征

在表面活性剂存在的条件和超声波作用下,利用不同的镧盐分别与草酸进行低热固相化学反应,合成了稀土金属配合物草酸镧纳米晶体,用粉末X射线衍射(XRD)及电子衍射法(ED)分析了固相产物的物相,用透射电镜(TEM)观测粒子的大小、形貌、粒径及粒径分布.结果表明,产物为颗粒,大小均匀,平均粒径约为30nm的纳米晶,产率为92.8%.改变反应物、反应物配比、掺入惰性物质、加入微量溶剂或表面活性剂、研磨不同的时间等固相反应条件对合成纳米晶颗粒的形貌、粒度和粒径分布等有一定影响.     

基于白光干涉泥岩表面形貌试验研究

基于白光干涉法,以泥岩作为研究对象,对泥岩抛光表面形貌进行了测定,并采用统计学方法和分形几何方法对泥岩抛光表面形貌二维图像的粗糙度和分形维数进行了分析。结果表明:统计学方法得到的粗糙度参数反映的是泥岩抛光表面局部形貌,不具有唯一性;分形几何法得到的分形维数是岩石表面形貌的固有参数,不依赖于测定仪器的分辨率和取样长度,具有唯一性。     

金属线材火焰热喷法制备金属粉末的研究

提出用火焰热喷雾化法将Al、Zn和1Cr18Ni9Ti等线材制成金属粉末。采用光透射法测试粉末的粒度及其分布，用SEM观察粉末颗粒的形貌，分析了粉末粒径、含氧量与喷雾工艺参数的关系。实验结果表明，用热喷法制备金属粉末是可行的，制备的粉末较大颗粒直径约100μm，平均粒径约45μm，含氧量较低。线材送丝速度及其材质对金属粉末的粒度有很大的影响。     

新型套管式微反应器制备碳酸钙超细颗粒

以氯化钙和碳酸钠制备碳酸钙为例,将套管式微反应器应用于颗粒的制备过程,并详细考察了各种操作条件对颗粒制备的影响。对所得产品进行SEM和粒度分布分析,结果表明：颗粒 粒径随着体系总流量和反应物浓度的增大而减小;微反应器混合距离对颗粒平均粒径无明显影响。将套管式微反应器沉淀法与直接沉淀法进行比较,结果发现,直接沉淀法得到的颗粒形貌差,颗粒粒径在8～11μm之间;而在相同的反应条件下,套管式微反应器可以制得平均粒径为0.89μm,分散性良好的球形碳酸钙颗粒。     

超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验研究

在研制超声椭圆振动-化学机械复合抛光硅片实验装置基础上,进一步开展了抛光压力P,抛光点速度v及抛光液供给量Q等可控工艺参数对硅片抛光表面粗糙度、表面形貌和材料去除率影响的有无超声椭圆振动辅助抛光的对比实验研究.实验结果表明:抛光工具的超声椭圆振动有利于抛光垫保持良好的表面形貌和抛光区获得良好的工作状况,提高硅片材料的去除率;抛光压力对抛光质量的影响最大,抛光速度次之,抛光液供给量影响最小;在最佳抛光效果情况下,可使硅片抛光表面粗糙度值由传统抛光法所获得的Ra0.077ìm降到超声辅助抛光法的Ra0.042 ìm,材料去除率最多可提高18%,并且工件表面形貌有明显改善.     

金刚石滚轮修整机理

金刚石滚轮修整,是修整砂轮中的一项新技术.在我国,它的应用范围正在逐步扩大.本文分析了金刚石滚轮修整的机理,导出了砂轮表面理论粗糙度的公式,可用以指导生产实践.本文用国产金刚石滚轮,试验了修整参数、砂轮硬度和粒度对工件表面轮廓平均算术偏差的影响,提供的数据,可供用户参考.