光学元件精密加工中的磁流变抛光技术工艺参数

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明:工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。     

基于环摆式双面抛光法加工预测模型的去除均匀性研究

针对环摆式双面抛光难以建立稳定去除函数并进行加工面型预测这一问题,提出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光加工预测模型,并通过预测模型分析不同参数影响下元件表面去除均匀性,针对不同特征面型给出优化策略以指导加工实验。首先,根据环摆式双面抛光机理,探究了环摆式双面抛光中影响去除均匀性的主要因素,提出了元件上、下表面磨粒运动学模型,结合Preston方程给出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光去除均匀性预测模型。根据实际加工工况,分析了不同抛光均匀性影响因素下的磨粒轨迹分布与抛光去除非均匀性,最后通过加工实验验证环摆式双面抛光加工预测模型。实验结果表明：环摆式双面抛光加工预测模型的预测结果与实际加工结果基本吻合,其面型去除特征相同。元件上表面是元件去除非均匀性的主要来源,通过改变中心偏心距、径向摆动距离等参数能改变元件上表面的去除非均匀性,从而影响元件整体面型特征,并实现基于预测模型指导下元件表面面型的快速收敛。     

铈基催化剂催化氧化燃煤烟气中汞的实验及机理研究

采用超声波增强的浸渍法合成了CeO₂-TiO₂催化剂,并采用BET,XRD,XPS等分析手段对催化剂进行了表征。利用固定床反应器,在模拟燃煤烟气条件下研究了CeO₂-TiO₂催化剂对单质汞的催化氧化行为及机理。结果表明:CeO₂-TiO₂催化剂在低温范围（150～250°）具有很强的催化氧化汞的能力;最佳的CeO₂/TiO₂质量比在1.5左右,此时汞的氧化效率可高达90%以上;P25,Evonik TiO₂比锐钛矿TiO₂更适合做铈基催化剂载体;CeO₂-TiO₂催化剂上汞的催化氧化符合Langmuir-Hinshelwood机理,即吸附态的汞与其邻近的活性物质反应生成氧化态汞。     

多孔CeO2膜的制备及其光谱性能

以铈箔为原料,采用阳极氧化法和热处理法制备多孔的CeO₂膜。将阳极氧化铈膜分别在400,500和800 ℃下进行热处理,分别研究阳极氧化铈膜的晶体结构、组成和表面形貌,分别研究多孔的CeO₂膜红外光谱特征吸收和热膨胀性能。阳极氧化铈膜是Ce(OH)₃,CeF₃,Ce₂O₃,CeO₂和Ce的混合膜,并吸附水和乙二醇,其中Ce(OH)₃,CeF₃,Ce₂O₃分别为六方晶型结构,CeO₂和Ce分别为立方晶型结构。阳极氧化铈膜中的Ce(OH)₃,Ce₂O₃和Ce分别在400和500 ℃进行热处理时可能分别转变为CeO₂,分别在400和500 ℃热处理后的膜为CeF₃和CeO₂的混合膜。阳极氧化铈膜中的Ce(OH)₃,CeF₃,Ce₂O₃和Ce在800 ℃进行热处理时可能分别转变为CeO₂,在800 ℃热处理后的膜为CeO₂膜。该CeO₂膜是多孔的膜,且孔为直孔,在1 600～4 000 cm-1范围内具有强吸收。该CeO₂膜在170～900 ℃范围内热膨胀系数变化不大,该膜的热稳定性较好。     

CeO2/Nb2O5界面效应对提高CeO2氧敏特性的XPS研究

用射频/直流磁控溅射法制备了CeO₂/Nb₂O₅双层氧敏薄膜，利用X射线光电子能谱(XPS)，描述并解释了单层CeO₂薄膜中氧随温度变化的动力学行为，以及CeO₂/Nb₂O₅薄膜界面对氧敏特性的影响.通过对Ce3d XPS谱的高斯拟合，计算了Ce³⁺浓度并给出了判定Ce⁴⁺还原的标志.结果表明，界面效应可以提高CeO₂/Nb₂O₅薄膜中Ce⁴⁺的还原能力，使之远远高于单层CeO₂薄膜，这对薄膜的氧敏特性是极为有利的. 关键词：     

涂层导体用金属基带表面对过渡层成核的机理研究

涂层导体用金属基带的表面状况对在其上制备的过渡层的形貌和取向有很大影响.在Ni单晶、轧制辅助双轴织构基带(RABiTS)Ni和经过硫化处理的Ni基带三种不同衬底上采用磁控溅射法制备了CeO₂过渡层.结果表明,在Ni单晶和硫化处理的Ni基带上制备的CeO₂薄膜取向较差,而在RABiTS Ni上制备的CeO₂薄膜完全呈c轴取向,表面平整致密.反射高能电子衍射图显示,RABiTS Ni具有的c(2×2)的S超结构对CeO₂薄膜的取向生长起到了很重要的作用. 关键词： 涂层导体 金属基带 超结构 过渡层     

蓝宝石基片上制备大面积Tl2Ba2CaCu2O8超导薄膜

在2英寸双面蓝宝石基片上采用CeO₂作为缓冲层制备了高质量Tl₂Ba₂CaCu₂O₈(Tl-2212)超导薄膜.以金属铈作为溅射靶材,采用射频磁控反应溅射法生长了c轴织构的CeO₂缓冲薄膜,并研究了不同生长条件对于CeO₂缓冲层的晶体结构及表面形貌的影响.超导薄膜采用直流磁控溅射和后热处理的方法制备.扫描电子显微镜(SEM)图像显示,超     

利用脉冲激光沉积技术在双轴织构的Ni基带上外延CeO2薄膜

利用脉冲激光沉积技术在氢还原气氛下成功地在双轴织构的Ni基带上外延了高质量的CeO₂薄膜. x射线衍射θ—２θ扫描和ω扫描结果表明，CeO₂薄膜在Ni基带上呈c轴方向生长，存在很强的平面外织构；极图和φ扫描显示它具有良好的平面内织构. Ni基片上织构的CeO₂薄膜为进一步在其上外延高质量的YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜提供了很好的模板. 关键词： 双轴织构的Ni基带 2薄膜')" href="#">CeO₂薄膜 脉冲激光沉积     

Au在Zr掺杂的CeO2(110)面吸附的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(projector augmented wave)雁势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,用第一性原理方法,计算并分析了Au在CeO₂(110)和Zr掺杂的CeO₂(110) 面的吸附能,吸附结构和电子结构等特征.从而得出Zr掺杂对Au/CeO₂(110)吸附体系的影响.结果表明：Zr的掺杂增大了Au在CeO₂(110) 面的吸附能,并改变了最强吸附位置,且导致了吸附体系中衬底结 关键词： Au Zr掺杂 2')" href="#">CeO₂ 吸附     

基于散粒磨料振动抛光非球面加工技术研究

鉴于非球面光学元件的应用日益广泛,非球面加工技术成为研究热点,提出一种基于散粒磨料振动抛光非球面的加工方法。非球面元件待抛光表面与磨粒均匀接触,通过振动抛光装置为游离磨粒提供抛光作用力,使材料去除均匀,降低表面粗糙度。以材料为ZK-10L、尺寸为Φ55 mm的光学元件为实验对象,分析了振动幅度、抛光液浓度、磨粒粒径和抛光时间对抛光效果的影响,当振动幅度为5 mm、抛光液浓度为80 g/L、磨粒粒径为1 mm时,振动抛光8 h后试件的表面粗糙度从84.4 nm降低到9.4 nm,而试件的面形精度基本不变,从而在保证面形的前提下达到抛光的目的。     

磁流变抛光工艺参数的正交实验分析

对利用自行配制的水基磁流变抛光液和磁流变抛光实验样机进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验。应用正交试验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律,并结合磁流变抛光机理对其进行了分析。根据实验结果对工艺参数进行了优化。     

CO_2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟

基于熔石英材料对波长为10.6μm的CO2激光具有强吸收作用这一特点,提出采用CO2激光光栅式多次扫描修复熔石英光学元件表面密集分布的划痕和抛光点等缺陷的方法.实验结果表明,在合理的扫描参数下,元件表面的划痕和抛光点等缺陷可被充分地消除.损伤阈值测试结果表明,表面划痕和抛光点等缺陷被完全消除的元件的损伤阈值可回复到或超过基底的损伤阈值.同时结合有限元软件Ansys的模拟结果分析了CO2激光扫描修复及消除元件表面划痕和抛光点等缺陷的过程.本文为消除元件表面划痕和抛光点等缺陷提供了非常有意义的参考.     

抛光工艺参数对熔石英元件低频面形精度的影响

根据工件与抛光盘的相对运动关系及熔石英元件抛光加工材料去除模型,系统分析了转速比和偏心距等参数对材料去除函数的影响。通过理论分析和抛光加工实验,研究了不同工艺参数对低频段面形精度的影响规律。利用高分辨率检测仪器对熔石英元件低频面形误差进行了检测,优选出较佳的抛光工艺参数组合,并进行了相应的实验验证,提出了提高光学元件抛光加工低频面形质量的相应措施。     

基于非牛顿流体新型液浮法抛光技术研究

提出一种新的柔性抛光技术——液浮法抛光,通过软件仿真及实验对其进行探索性研究。针对抛光液为具有剪切增稠效应的流体,利用软件对该类液体的液浮法抛光技术模型进行流场分析,得到液浮抛光模型的流场压强、剪切力分布情况。仿真结果表明,液浮抛光技术对被加工件表面具有一定的剪切效果,可以实现对工件材料的去除。搭建实验平台,设计一组实验,其中配置以粒径12 nm的二氧化硅为溶质,分子量200的聚乙二醇为溶剂的非牛顿幂律流体作为抛光液的剪切增稠基液(其中二氧化硅质量分数为9 %),加入质量分数为18 %的氧化铈作为磨料的抛光液,对于初始粗糙度为23.97 nm的K9玻璃经过90 min的抛光,其粗糙度可达到1.023 nm,实验结果表明,该技术可用于光学元件的抛光加工。     

光学石英玻璃纳米划痕性能仿真研究

基于分子动力学方法,对石英玻璃进行了三维的纳米划痕仿真,用来研究其纳米加工性能。采用熔融-淬火的办法建立了石英玻璃的模型,并通过观察模型的截面图,分析了在制备过程中内部微观孔隙的形成过程和原因。在仿真过程中,观察了石英玻璃的变化和孔隙周围原子的运动,得到了切削力的曲线,重点研究了内部的微观空隙对划痕过程的影响。仿真结果表明:当石英玻璃冷却时,由于内部共价键的重组,会形成平均半径为0.25 nm的微观的孔隙,而且其降低了石英玻璃的纳米加工性能,使得切削力的曲线发生一定程度的波动。当磨粒划过表面后,会在表面以下形成厚度为2 nm的原子密集堆积区。由于稠密区的原子共价键键长的变化,失去了原有共价键的强度,所以会形成加工的损伤层。因此在对石英玻璃超精密加工时,应采用少量多次的加工方法来提高材料的加工性能。     

Electrical properties of calcia-doped ceria with oxygen ion conduction

The electrical conductivity of sintered specimens of (CeO₂)_1−x(CaO)_x was investigated by employing a standard four-probe dc technique as a function of temperature between 400°C and 900°C, composition from 0.10x0.80, and oxygen partial pressure from 10⁻¹⁸ to 1 atm. The temperature and composition dependence of the emf have been carried out with a concentration cell. X-ray diffraction studies indicated that a cubic fluorite crystal remained in all specimens studied, although the solubility limit of CaO in CeO₂ was assumed to lie close to 23 mol% from the change of the lattice constant. The magnitude of the conductivity decreased slightly with increase of the dopant concentrations up to x=0.50. The conductivity of these specimens was about 100 times larger than that of calcia-stabilized zirconia at 600°C with a smaller activation energies of 0.83–0.89 eV. With further increasing dopant concentrations, the magnitude of the conductivity was found to decrease remarkably. With an increase in the dopant concentration, the domain of primarily ionic conduction extended to a lower partial pressure. The conductivity of (CeO₂)_0.50(CaO)_0.50 was found to be primarily ionic down to 10⁻¹² atm even at 900°C. These results indicate that CaO-doped CeO₂ may be more an attractive candidate for fuel cells and other applications.     

环带抛光技术材料去除理论模型研究

为了更加完善环带抛光技术并指导加工,根据Preston方程建立了材料去除量的理论模型。考虑到环带抛光技术中的诸影响因素,如抛光盘与工件之间的转速比、偏心距及压强分布等参数,建立材料去除量与各影响因素之间的相互关系的数学模型。理论分析和实验结果表明：材料的去除效率随转速比和偏心距增加而增大,转速比越接近于1时,磨削越均匀;工件露边时,工件露出部分材料的去除效率急剧下降。通过对该理论模型中的相关技术参数研究来完善环带抛光技术,有效地提高抛光的效率及稳定性。     

Preparation of monodisperse polystyrene/silica core-shell nano-composite abrasive with controllable size and its chemical mechanical polishing performance on copper

Monodisperse silica-coated polystyrene (PS) nano-composite abrasives with controllable size were prepared via a two-step process. Monodisperse positively charged PS colloids were synthesized via polymerization of styrene by using a cationic initiator. In the subsequent coating process, silica formed shell on the surfaces of core PS particles via the ammonia-catalyzed hydrolysis and condensation of tetraethoxysilane. Neither centrifugation/water wash/redispersion cycle process nor surface modification or addition surfactant was needed in the whole process. The morphology of the abrasives was characterized by scanning electron microscope. Transmission electron microscope and energy dispersive X-ray analysis results indicated that silica layer was successfully coated onto the surfaces of PS particles. Composite abrasive has a core-shell structure and smooth surface. The chemical mechanical polishing performances of the composite abrasive and conventional colloidal silica abrasive on blanket copper wafers were investigated. The root mean square roughness decreases from 4.27 nm to 0.56 nm using composite abrasive. The PS/SiO₂ core-shell composite abrasives exhibited little higher material removal rate than silica abrasives.     

Determination of Ce/Ce in electron-beam-damaged CeO2 by electron energy-loss spectroscopy

We followed the reduction of Ce⁴⁺ in CeO₂ by observing changes in the shape of the Ce M_4,5 edge by parallel electron energy-loss spectroscopy with a transmission electron microscope. The energy-loss near-edge structure of the beam-damaged CeO₂ exhibits Ce M_4,5 and O K-edge shapes that are consistent with reduction to a Ce³⁺ oxide. During the damage process the spectrum of CeO₂ changes as follows: (a) decreases in energies of the M₅ and M₄ maxima; (b) changes in shape of the near-edge structure; (c) inversion of the M₅ to M₄ branching ratio; and (d) increase in the M₅ to M₄ area ratio. We simulated M_4,5 edges of damaged CeO₂ with a linear combination of Ce⁴⁺ and Ce³⁺ spectra and observed no intermediate oxidation states.     

Morphology and distribution of subsurface damage in optical fused silica parts: Bound-abrasive grinding

The depth and morphology of subsurface damage (SSD) in fused silica samples ground with diamond grinding wheels were investigated. The factors possibly influencing the SSD depth of ground samples were examined. The results demonstrate that the SSD depth is most responsive to diamond grit size while the processing parameters (i.e. depth of cut, feed rate, and wheel peripheral speed) have marginal effects on the SSD depth. The SSD depth decreases with the abrasive/grit size of diamond wheels and slightly diminishes with the decrease of cutting depth but little influenced by feeding rate and wheel speed. The morphology inspection shows that the density of subsurface cracks in ground fused silica samples decays exponentially with the depth from the ground surface into the bulk and the cracks vanish at a certain depth that depends on the mechanical and physical properties of samples and diamond abrasives/grits.