单晶碳化硅磁流变抛光工艺实验研究

针对传统光学加工中碳化硅表面质量精度低和难于加工的特点,提出用磁流变直接加工碳化硅表面的工艺流程。采用自行研制的磁流变抛光机对Φ40×2mm的6H-SiC进行了抛光实验研究。结果表明,直径为40mm的碳化硅材料圆柱体,硅面经过20min的磁流变粗抛,表面粗糙度Ra提升至5.9nm,亚表面破坏层深度降至35.764nm,经过磁流变精抛和超精抛,表面粗糙度最终提升至0.5nm,亚表面破坏层深度降至1.4893nm,表面变得非常平坦,无划痕。由此表明,所采用的工艺流程可以实现碳化硅表面的纳米级抛光和非常小的亚表面破坏层深度。     

机器人气囊抛光SiC光学元件加工特性研究

针对碳化硅光学元件已有的化学机械抛光、磁流变抛光、电化学抛光和催化剂辅助抛光等方式存在材料去除率低、成本高等问题,提出机器人气囊抛光方法,并对气囊抛光特性、抛光头机械结构进行了研究。首先基于Preston理论和赫兹接触理论以及速度分析建立了材料理论去除模型,并对去除函数进行了仿真,再此基础上设计了气囊抛光磨头装置。然后对非球面碳化硅元件开展了单点和多点抛光,实验验证了去除函数的精确性和稳定性。最后通过粗抛和精抛进行加工应用验证,实验结果表明,所提出方法能够有效实现碳化硅光学元件抛光,并且去除函数精度高稳定性强,通过3个周期的粗抛、4个周期的精抛,面形收敛率分别为69.4%、51.9%,且收敛速度快、加工精度高。     

氧化锆——碳化硅复合材料氧化过程的研究

在空气中，800℃到1630℃温度范围内，对氧化锆——碳化硅复合材料进行氧化实验，结果表明，复合材料的SiC氧化是属于保护型氧化，试样从800℃起开始氧化；1100℃时氧化反应加快；1450℃以后材料表面形成致密的SiO2保护层;1627℃时，SiO2保护层受到破坏，从而加剧了SiC的氧化。     

磁流变抛光效果影响因素控制的研究

在介绍磁流变抛光原理的基础上,依据Preston方程分析了影响磁流变抛光效果的因素,根据实际加工的需要,对Preston方程进行修正,采用BK9光学工件进行抛光试验,试验结果表明,采用修正的抛光材料去除模型以及对影响抛光效果主要因素的控制,可以有效的提高抛光质量及其加工效率。     

精密切削中影响零件加工表面完整性的因素分析

分析了精密切削中影响零件加工表面完整性的因素，分析了各因素对加工表面完整性的影响，指出刀刃几何形状，进给量，刀具磨损等加工表面粗糙度影响最大，刀刃钝圆半径对加工表面的变质层的影响最大，从而合理地采取措施，改善零件的加工表面完整性。     

磁流变抛光头形状对加工表面粗糙度的影响

设计了4种不同形状的抛光头,并使用自制的磁流变抛光液体在三轴数控铣床上对K9平面玻璃进行了磁流变抛光工艺试验.分析了在不同的磁场强度、磁极转速,加工间隙等多种情况下抛光头形状对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明:槽型平面抛光头的抛光效果最好;同等条件下,在抛光头上开槽能有效地提高加工效率和加工质量.     

零件表面形貌与加工工艺的关系

加工工艺检验是比较麻烦和费时的,而加工工艺检验又关系到产品质量。本文通过分析表面形貌的形成及组成部分,指出利用检验表面形貌特性来控制加工工艺是一种极佳的手段。为此,表面粗糙度参数不仅应具有评定零件表面质量的功能,还应具有检验加工工艺的功能,以控制加工工艺。本文还指出利用表面形貌控制加工工艺的检验方法及研究方向。     

光学元件气囊抛光去除效率影响因素研究

基于Preston方程分析了气囊抛光特性,确定去除函数的三个重要特征,即抛光斑尺寸、形状以及去除量,得到影响光学元件气囊抛光材料去除效率的主要参数.通过定点抛光实验,分析气囊充气压强、压缩量、主轴转速对BK7光学元件去除函数和材料去除效率的影响.结果表明:充气压强与压缩量对于气囊抛光去除函数的形状影响较大,去除效率随气囊充气压强增大先升高到2.08mm3/min后逐渐降低然后又升高,压缩量与气囊转速的提高增大了材料的去除效率,分别可以达到6.84mm3/min和5.04mm3/min.     

硅质板抛光工艺的研究

抛光是大理石加工中极重要的一道工序,它直接影响加工后的表面光泽度。本文针对一种难以抛光的石材——硅质板的抛光问题进行了理论分析和试验研究,提出了一种能量显著提高硅质板表面光泽度的抛光工艺方法。     

换能器阵列型超声抛光机理及声场仿真和实验研究

为了提高工件表面抛光质量和抛光效率,对传统非接触式超声振动抛光进行了改进,将单个换能器换成换能器阵列,同时加入料筐的旋转运动,设计了实验样机。分析了超声抛光的材料去除机理,推导出单颗磨粒去除材料体积和磨粒振动速度的表达式。利用COMSOL对样机抛光槽内液体进行声场仿真,研究了换能器个数、换能器布置间距、换能器输入电压对抛光液声场分布的影响,优化了抛光槽底部换能器的布置方式,仿真结果显示,换能器个数为4个、布置间距为55mm时,抛光槽中心区域声压分布更加均匀。实验探究了样机料筐转速、抛光时间、换能器输入电压对工件表面抛光质量的影响规律,确定了工件表面抛光效果最佳时的工艺参数组合,结果表明:料筐转速为50r/min、抛光时间为80min、换能器输入电压为150V时,抛光效果最好,此时工件表面粗糙度减小量为0.019μm,表面粗糙度变化率为33.33%。     

单晶硅片化学机械抛光材料去除特性

根据化学机械抛光(CMP)过程中硅片表面材料的磨损行为,建立了硅片CMP时的材料去除率模型,设计了不同成分的抛光液并进行了材料去除率实验,得出了机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率.结果表明,磨粒的机械作用是化学机械抛光中的主要机械作用,磨粒的机械作用与抛光液的化学作用交互引起的材料去除率是主要的材料去除率.     

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。     

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.     

小振幅兆声对硅片化学机械抛光效果的影响

为了改善硅片化学机械抛光效果,提高硅片表面质量,一小振幅兆声振子引入化学机械抛光系统,通过对比表面粗糙度大小和分布,发现该振子对改善硅片化学机械抛光效果有明显促进作用。测试表明:振子频率为1.7 MHz,中心最大振幅约为70 nm;硅片表面振动频率为1.7 MHz,中心最大振幅小于10 nm;该振子独立抛光时,未发现硅片表面粗糙度明显降低,但它能引起抛光液微流动,使储存在抛光垫窠室中更多的抛光液进入接触区参与抛光。无振动抛光时,硅片中心区域抛光液供给不足,造成该区抛光效果较差;兆声致微流动能有效缓解这种不足,改善硅片中心区域抛光效果,不仅如此,它还能有效降低其他区域的表面粗糙度。与无振动抛光的硅片相比,经过兆声辅助抛光的硅片,表面粗糙度更小,分布更均匀。     

小型非球面超精密加工建模及控制技术研究

根据高精度小型非球面制造的需要,探讨了一种针对小型非球面元件的加工方法,并分析了实现数控加工控制的技术途径.根据非球面加工理论,基于工控机和Windows系统,用VB.NET开发实现了小型非球面数控加工控制软件.     

线切割加工SiCp/LY12复合材料的试验研究

研究了电参数对电火花线切割加工SiCp/LY1 2复合材料的切割速度和表面粗糙度的影响 ;用扫描电镜分析了复合材料线切割加工表面的SEM形貌。试验结果表明 :峰值电流和脉冲宽度对切割速度和表面粗糙度有较大的影响 ,其次是加工电压 ;脉冲间隔对表面粗糙度影响不大 ,当其达到一定程度时 ,表面粗糙度基本不受其影响 ;选用较大的峰值电流和较短的脉冲宽度 ,可对复合材料进行较理想的电火花线切割加工。     

雾化施液CMP工艺及实验设备

针对传统化学机械抛光的平坦化制程中抛光液使用量大和环保等问题,提出了一种利用超声波雾化抛光液进行抛光的工艺方法。介绍了试验台架搭建、工艺处理方法、工作原理和抛光工艺,并与传统化学机械抛光效果进行了比较。研究表明,在表面质量上,雾化工艺能够达到传统化学机械抛光的量级,其使用量是传统化学机械抛光的1／10。     

高电阻电极对微细电火花放电加工影响的研究

微细电火花放电加工过程中,由于单位脉冲放电的材料去除率(放电凹坑直径)决定了最小加工尺寸以及微细电火花加工的加工表面粗糙度,所以减少单位脉冲放电的材料去除率具有重要作用。为达到此目的,采用具有高电阻材料如单晶硅作为工具电极。分析结果显示,随着工具电极电阻提高,放电电流峰值逐渐降低,脉冲放电时间增加,放电能量减小。另外,研究并测试了硅电极加工不锈钢工件时电阻值对工件表面放电凹坑直径的影响。实验结果表明当硅工具电极电阻值提高时,放电凹坑直径逐渐降低;并达到最小值0.5μm;同时降低了工件表面粗糙度值0.03μm;提高了表面加工质量。     

工艺参数对SUS304不锈钢抛光速度与抛光质量的影响

为提高不锈钢的抛光质量与效率,配制新型环保不锈钢抛光液,对SUS304不锈钢进行化学机械抛光.研究压力载荷、抛光时间、抛光线速度、pH值等工艺参数对不锈钢抛光性能的影响,结果表明,SUS304不锈钢在最佳的工艺参数组合下,可以达到最佳的抛光效果.