单晶硅纳米切削过程中微沟槽结构金刚石刀具切削性能的分子动力学模拟

基于分子动力学,利用LAMMPS和OVITO软件对单晶硅纳米切削过程进行模拟,研究了V形微沟槽结构对金刚石刀具切削性能的影响。结果表明,在金刚石刀具后刀面构建一定深度的V形微沟槽能够减少工件亚表面损伤,同时也对工件加工质量及刀具抗磨损性能产生了明显影响,当微沟槽深度为0.75 nm时,金刚石刀具切削性能最佳。     

单晶硅微观力学性能研究

本文介绍了在纳米硬度计上进行的单晶硅微压痕测试实验及结果分析,以对单晶硅的微观力学性能有所认识。微压痕测试表明：单晶硅的弹性模量在压入载荷小于2400μN的范围内随载荷变化而波动变化：而在压入哉荷大于2400μN后保持相对的稳定值（约为214GPa）;单晶硅的表面硬度在压入栽荷小于1000μN的范围内随载荷变化而线性增大,而后突然降低并保持相对的稳定值（135GPa-15GPa）;单晶硅在纳米压入过程中,材料的破坏形式为脆性破裂,并且随压入载荷的增大而在压痕边沿产生堆积,堆积程度亦逐渐增大。     

基于多尺度方法的单晶硅纳米切削

通过在关键区域采用分子动力学(原子)描述、在远场弹性变形区域采用有限元(连续介质力学)描述建立了单晶硅纳米切削的多尺度模型。在边界区域,分子动力学和有限元互为彼此提供边界条件从而实现分子动力学区域和有限元区域的耦合。利用多尺度模型研究了单晶硅的纳米切削过程,结果表明纳米切削中工件以推挤的方式在刀具前方形成切屑。纳米切削中工件的原子键长分布、不同配位数的原子数变化和工件MD区域的原子构型的研究表明,纳米切削中发生了4配位的金刚石立方α-Si向6配位的β-Si结构的转变,即相变是纳米切削中硅的主要变形机制。该研究实现了单晶硅纳米切削的多尺度建模,为进一步探索纳米切削的微观机理提供了一种有效手段。     

单晶硅微尺度侧磨表面质量影响因素试验研究

为了获得具有较好表面质量的典型硬脆材料单晶硅微结构,采用微尺度磨削技术,利用直径为0.9 mm的微磨棒沿单晶硅(100)晶面进行磨削.首先通过三因素五水平的正交试验分析出影响单晶硅微尺度磨削表面粗糙度的主次因素;其次优化出获得较小表面粗糙度的单晶硅微尺度磨削工艺;最后通过单因素试验研究单晶硅微磨削表面粗糙度(Ra)随工艺参数的变化规律.结果表明:在沿单晶硅(100)晶面的微磨削过程(20 000 r/min≤v_s≤60 000 r/min,20μm/s≤v_w≤170μm/s和3μm≤a_p≤15μm)中,主轴转速对R_a影响最大;当主轴转速(v_s)为50 000 r/min、进给速度(v_w)为20μm/s、磨削深度(a_p)为3μm时,R_a最小;R_a随vs的增大基本呈减小趋势,但v_s过大时机床主轴出现振动,R_a出现增大趋势.R_a随v_w和a_p的增大而增大.     

微细刀具与微钻削关键技术

微小孔加工在小型化、集成化的制造领域得到越来越广泛的应用,人们对微小孔加工尤其是微钻削加工技术的研究逐步深入。对微钻削加工技术及微细刀具进行了综合的介绍,分别从微细钻削刀具、微钻削理论、切屑分析、刀具磨损等方面进行了论述,提出微钻削与常规尺度钻削的差异,并对微钻削技术的发展前景进行展望。     

微加速度计

本文论述了微机械系统(MEMS)的发展,介绍了电容式微加速度计和压阻式微加速度计的结构,分析了它们的工作原理,以及制作工艺.     

微小孔振动钻削机理研究

采用振动钻削的方法对微小孔进行钻削加工,设计制作了一台新型、高效的超声波振动钻削设备,在几种常见材料上,通过改变振动钻削参数,进行孔径为０．２￣１．０ｍｍ的粘削实验;借助扫描电镜,分析孔的表面和剖面形状,对普通钻削与振动钻削加工的孔进行了比较;从入钻过程、孔的尺寸形位精度、切屑切屑形式、孔的表面质量、钻头寿命等方面分析总结出微孔振动钻削的加工机理。     

油基钻屑微乳液清洗技术研究

油基钻屑中含有油类、重金属、有机物等污染物,属于国家危险废物.油基钻屑一方面会浪费大量油类资源,另一方面会对环境造成极大伤害.为此,进行了微乳液清洗技术研究,研究了配制规律、钻屑基础油回收率影响因素和微乳液循环利用效果评价.结果表明:微乳液清洗剂的最佳配方为V白油∶ VSJ∶ VHYw∶ V水=1∶4∶ 1.3∶2;研发的SJ微乳液清洗剂基础油回收率大于80％,清洗后钻屑含油率小于5％；SJ微乳液清洗剂与回收的油相不互溶,也不乳化,基础油从钻屑表面清洗脱附-离心分离后,清洗液和基础油分成两相,清洗液重复使用多次,钻屑含油率仍可满足环保处理要求.该清洗技术工艺简单,适应性强,不需加热,对设备要求不高,成本低,具有较好的推广应用前景.     

随钻扩眼工具井底钻压分配的实验研究

为了考察随钻扩眼工具钻进过程中产生的特殊结构井眼对井底钻压分配的影响，按照相似原理建立了随钻扩眼工具底部钻柱动力学特性模拟实验装置，对领眼井底与阶梯井底的钻压分配规律进行了研究。模拟实验结果表明，随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石更容易破碎，实际钻压分配比小于按照几何结构定义的钻压分配比。该结果与理论模型的研究得到的结论一致。     

随钻扩眼工具井底钻压分配的实验研究

为了考察随钻扩眼工具钻进过程中产生的特殊结构井眼对井底钻压分配的影响,按照相似原理建立了随钻扩眼工具底部钻柱动力学特性模拟实验装置,对领眼井底与阶梯井底的钻压分配规律进行了研究.模拟实验结果表明,随钻扩眼形成的阶梯式井底岩石要比领眼井底岩石更容易破碎,实际钻压分配比小于按照几何结构定义的钻压分配比.该结果与理论模型的研究得到的结论一致.     

微钻试验台智能测控仪的设计与应用

为克服传统微钻试验台操作性差的缺点, 以微控制器 STC15F2K60S2 为主控芯片, 采用嵌入式系统为核心技术, 设计开发了智能微钻试验台测控系统。 结合互联网技术, 实现了对关键参数进行实时控制和数据的实时采集及分析。 此外, 为便于分析不同区域的岩样数据, 在传统测控仪的基础上添加了定位模块, 通过 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)接口与联网模块以及定位模块通信, 最终实现远程控制测控仪和获取测控仪数据的功能。 该微钻试验台智能测控仪实现了远程定位与访问控制的功能, 对于钻具的研发与优化具有应用价值。     

变参数振动钻削微小孔的优化试验分析

变参数振动钻削过程中，由于轴向力，扭矩等的动态变化及不同区段加工质量特征参数的不同，导致不同的最优振动参数和最优切削数，文中通过多元正交多项式回归参数优化设计，运用概率论和数理统计原理进行振动钻削过程的参数优化，并通过对比试验验证了变参数振动钻削的优良效果。     

单晶硅力学性质探索

本文的目的在于研究n型和p型硅单晶材料在外荷载作用下的变形性质。将云纹干涉和散斑干涉技术用于硅单晶材料变形性质的测定。试验结果表明,当载荷值小时,其变形量增大,而当载荷增加时,其变形增长量减小,这一现象证实了在硅晶体中存在着弱结合空位层,在外载荷作用下,排出晶体中的空位,致使晶体增密,或者说提高了硅单晶的密度所致。     

单晶硅晶圆晶向的精确标定方法

针对工业用单晶硅晶圆上所标记的大晶向的精度不能够满足微电子与机械系统 (MEMS)器件加工要求的缺点 ,提出了一种用于精确标定晶圆晶向的方法 .该方法通过一组精心设计的对比图案和随之进行的预刻蚀加工 ,把单晶硅晶圆的主晶向清晰地显示了出来 .为了准确地识别出晶圆的主晶向所在的方位 ,采用数字图像处理技术 ,对显微照相的图片进行了数学处理 .分析结果表明 ,采用所提出的方法 ,可以将晶圆的晶向定位精度由原来的± 1°～± 2° ,提高到± 0 1°以上 ,而这种对准精度对大多数MEMS器件的加工已足够了 ,后续的加工实验结果也验证了所提出方法的有效性     

多晶硅与单晶硅的扩散比较

相同工艺下多晶硅和单晶硅的扩散结果区别非常明显，在扩散温度较低时，多晶硅扩散后的方块电阻大于相同条件下的扩散单晶硅；在扩散温度较高时，多晶硅扩散后的方块电阻小于单晶硅，文章从多晶硅的结构特点对此现象进行了解释。     

微钻的回收及分离再利用技术研究

随着印制电路板(PCB)技术的发展,微钻在生产中的使用也越来越多,微钻磨损后如何回收再利用显得尤为重要.采用酸腐蚀方法分离微钻,通过扫描电镜(SEM)和能量分析光谱仪(EDS)研究了腐蚀对微钻的硬质合金钻头和不锈钢钻柄表面形貌和组分的影响,并分析了微钻回收的经济效益.研究表明:用2mol/L的盐酸(HCl)对微钻进行分离时,不仅能达到分离的目的,且对硬质合金钻头腐蚀较轻,成本较低(分离2 000枚该规格微钻需要费用100元,时间为19 h),经济效益较好.     

微钻刃面图像边缘角点自适应提取方法

针对微型钻针刃面视觉检测过程中的边缘角点提取问题,提出了一种基于协方差矩阵的自适应角点提取方法.通过边缘追踪算子获得微钻刃面单像素宽封闭边缘,采用自适应算法选取支持域,利用协方差矩阵获得边缘角点.应用该方法对方位各异的不同微钻进行刃面边缘角点提取,以验证该方法对不同刃面边缘角点提取的可靠性和方位无关性.     

单晶硅片温度的拉曼光谱测定

 提出测定单晶硅片温度的拉曼散射光谱法.选择硅的520cm^-1散射带进行观测,分别记录下它的stokes和anti-stokes散射分量的强度,计算得到了硅表面激光焦斑处的温度,多次测定结果甚为一致,表明非接触拉曼光谱测定温度可与硅晶体结构的拉曼光谱研究同时进行,拉曼光谱测温法具有一定的实用性和普遍意义.     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

微细塑性铣削单晶硅实验研究

为了深入探讨塑性铣削单晶硅的切削机理,对单晶硅进行了微细铣削实验研究.结果表明,合理地设定铣削参数与保证特定的铣削环境都很重要,在这个前提下,可以实现塑性切削,在单晶硅上获得具有完整几何外形的特征,同时表面质量可以达到单纳米级别.