单晶金刚石刀具后刀面沟槽磨损的石墨化生成过程分析

单晶金刚石刀具切削单晶硅时后刀面会发生剧烈沟槽磨损,严重影响零件加工质量和刀具寿命。为了从金刚石石墨化转变角度揭示沟槽磨损生长扩展机制,建立了金刚石刀具后刀面具有初始沟槽的分子动力学模型,模拟了切削单晶硅时初始沟槽处的工件材料流动行为与金刚石刀具晶体结构变化情况。结果表明,初始沟槽的存在改变了工件材料的流动状态;并且这种材料流动引起了刀具初始沟槽附近温度和能量的变化,温度升高了8%,势能提高了1.4%;通过分析金刚石刀具晶体结构发现,初始沟槽处的刀具材料发生了石墨化转变,并通过计算采样点处原子间键角,得到了石墨化转化率随着切削的进行不断升高,并最终趋于恒定的规律,当切削进入到稳定切削阶段时,石墨化转化率约为6%。     

单晶硅纳米切削中C–C键断裂对金刚石刀具磨损的影响

本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅, 从刀具的弹塑性变形、C–C键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析, 采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子. 模拟结果表明: 在纳米切削过程中, 金刚石刀具表层C–C键的断裂使其两端碳原子由sp³杂化转变为sp²杂化, 同时, 表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp²杂化碳原子所构成的区域发生平整, 由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构, 导致金刚石刀具发生磨损; 刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形, C–C键键能随之减弱, 在高温和高剪切应力的作用下, 极易发生断裂; 在切削刃的棱边上, 由于表面碳原子的配位严重不足, 断开较少的C–C键就可以使表面6 元环中碳原子的配位数都小于4, 导致金刚石刀具发生石墨化磨损.     

单点金刚石车削加工切削距离的计算

讨论了大型金属反射镜在金刚石车削中,金刚石刀具的磨损对加工精度的影响;详细介绍了超精密加工中几种典型零件形状单点金刚石车削加工的切削距离计算方法,经计算在加工直径为1000mm的圆盘工件时,当刀具的进给量为2μm/r,切削距离达到近400km。通过计算为加工大型光学元件刀具磨损规律的研究提供分析基础。     

氧化硅团簇切削单晶硅粗糙峰的分子动力学模拟研究

应用分子动力学模拟方法研究了氧化硅团簇在不同的切削 深度下切削单晶硅粗糙峰的过程, 考察了切削过程中粗糙峰和氧化硅团簇形态变化、团簇的受力状况、粗糙峰原子配位数和温度分布等. 模拟结果表明: 切削深度小于0.5 nm时, 被去除的材料以原子或者原子簇形式存在, 并黏附在颗粒表面被带走; 当切削深度增大至1 nm时, 材料的去除率增大, 并形成大的切屑. 在切削过程中, 由于压力和温度的升高, 粗糙峰切削区域的单晶硅转变为类似Si-Ⅱ相和Bct5-Si相的过渡结构, 在切削过程后的卸载阶段, 过渡结构由于压力和温度的下降转变为非晶态结构.     

切削参数对新型光学铝级金刚石车削刀具磨损的影响

光学器件和光学测量系统的关键部件主要通过超精密加工制造。铝合金具有很多优势,通常用于光子产业。光学领域对铝合金使用和需求的不断增加,促进了在铸造过程中采用快速凝固技术对铝合金等级重新改良的发展。优异的微观结构和改进的机械和物理性能是新型铝合金等级的特点。目前主要问题在于采用金刚石车削时,由于在切削性方面缺乏对铝合金性能的充分研究,导致机械加工数据库非常有限。本文通过改变金刚石的切削参数,测量切齿安装距超过4km时金刚石刀具的磨损,研究了快速凝固铝合金RSA 905的切削性能。改变的机械加工参数为切削速度、进给速度和切削深度。结果表明切削速度对金刚石刀具的磨损影响最大。主轴转速为500rpm、进给速度为25mm/min、切削深度为15μm时,刀具磨损达到最大值12.2μm;主轴转速为1750rpm、进给速度为5mm/min、切削深度为5μm时,刀具磨损达到最小值2.45μm。通常,较高的切削速度、较低的进给速度和较短的切削深度的组合可以减少金刚石刀具磨损。建立了模型统计以分析金刚石刀具磨损。通过该模型可以生成磨损图,从而确定切削参数产生最小磨损的区域。结果证明,快速凝固铝是更好的选择,为机械工程师使用这种材料提供了参考。     

切削参数对新型光学铝级金刚石车削刀具磨损的影响（英文）

光学器件和光学测量系统的关键部件主要通过超精密加工制造。铝合金具有很多优势,通常用于光子产业。光学领域对铝合金使用和需求的不断增加,促进了在铸造过程中采用快速凝固技术对铝合金等级重新改良的发展。优异的微观结构和改进的机械和物理性能是新型铝合金等级的特点。目前主要问题在于采用金刚石车削时,由于在切削性方面缺乏对铝合金性能的充分研究,导致机械加工数据库非常有限。本文通过改变金刚石的切削参数,测量切齿安装距超过4 km时金刚石刀具的磨损,研究了快速凝固铝合金RSA 905的切削性能。改变的机械加工参数为切削速度、进给速度和切削深度。结果表明切削速度对金刚石刀具的磨损影响最大。主轴转速为500 rpm、进给速度为25 mm/min、切削深度为15μm时,刀具磨损达到最大值12.2μm;主轴转速为1 750 rpm、进给速度为5 mm/min、切削深度为5μm时,刀具磨损达到最小值2.45μm。通常,较高的切削速度、较低的进给速度和较短的切削深度的组合可以减少金刚石刀具磨损。建立了模型统计以分析金刚石刀具磨损。通过该模型可以生成磨损图,从而确定切削参数产生最小磨损的区域。结果证明,快速凝固铝是更好的选择,为机械工程师使用这种材料提供了参考。     

AFM针尖纳米切削晶向和切削方向影响的分子动力学

"建立了AFM针尖切削单晶铜的三维分子动力学模型,研究了工件材料不同晶向和刀具切削方向对切削过程中工件材料变形的影响．采用EAM势计算工件原子之间的作用,采用Morse势计算刀具原子之间的作用．模拟结果表明工件材料晶向和切削方向对纳米切削过程有显著影响．沿[110]方向切削比[100]方向切削产生的切屑结合更紧密,切削工件材料(110)晶向比切削工件材料(100)晶向产生的切屑体积更小,工件材料变形区域更小．研究了工件材料晶向和切削方向组合的不同纳米切削过程中系统势能变化情况．"     

冲击引起石墨→金刚石相转变机理的探讨

 通过对冲击引起石墨转变为金刚石两种相转变模型的比较和冲击波在疏松介质中传播特性的分析,研究了在冲击波阵面内形成热斑的机制和引起原子发生异常迁移的机制,进而探讨了在冲击波阵面内,在热斑区,石墨→金刚石的相变过程,以及卸载时金刚石的石墨化过程。     

高压熔渗生长法制备金刚石聚晶中碳的转化机制研究

在6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内, 利用高压熔渗生长法制备了纯金刚石聚晶, 深入研究了高温高压下金刚石聚晶生长过程中碳的转化机制. 利用光学显微镜、X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜检测, 发现在熔渗过程中金刚石层出现了石墨化现象, 在烧结过程中金刚石颗粒表面形貌发生了变化. 根据实验现象分析, 在制备过程中存在三种碳的转化机制: 1)金属熔渗阶段金刚石颗粒表面石墨化产生石墨; 2)产生的石墨在烧结阶段很快转变为填充空隙的金刚石碳; 3)金刚石直接溶解在金属溶液中, 以金刚石形式在颗粒间析出, 填充空隙. 本文研究碳的转化机制为在高温高压金属溶剂法合成金刚石的条件下(6 GPa和1500 ℃的压力和温度范围内)工业批量化制备无添加剂、无空隙的纯金刚石聚晶提供了重要的理论指导.     

纳米金刚石在惰性气氛下的热处理

本文采用不同分析手段(其中包括TEM、SEM、RS和DSC等)对纳米金刚石粉末在惰性气氛下的25 1200℃热处理效应进行了深入细致的研究。研究发现经过热处理的纳米金刚石粉末在颗粒形貌和结构方面均存在不同程度的变化,Raman光谱和DSC分析还证实了纳米金刚石粉末在约751℃左右经历了石墨化的转变,该相变温度远低于体材料金刚石,原因在于粉末材料的纳米尺度效应。     

壁面材质和温度场对熔融硅润湿角的影响

本文建立了毛细模型, 采用微流动两相流水平集法计算了熔融态硅液与壁面的润湿角, 以人造金刚石作为壁面材料的计算结果与实验结果进行比较, 验证了该模型和计算方法的正确性. 在此基础上, 分别选用碳化硅、石墨和人造金刚石作为壁面材料, 探讨了不同壁面材料表面张力和壁面黏附力对润湿角的影响规律. 结果发现, 相同温度下的毛细力作用使得熔融硅液出现起伏上升现象; 润湿角均有不同程度的减小然后增大, 最终趋于稳定; 初始阶段, 由于气/熔融硅液表面张力与气/壁面表面张力之差变化较大, 液面起伏波动较大; 随后趋于稳定上升. 同时发现石墨作为壁面材料时, 以上变化更易趋于稳定. 该研究为熔体中生长晶体硅获得更稳定的生长环境提供了理论依据.     

静压法高石墨转化率的金刚石合成研究

 选用Ni-Mn-C粉末触媒,在国产DS6×800A型铰链式六面顶压机上实现了高石墨转化率的金刚石合成,其石墨转化率可达90%以上。高石墨转化率金刚石的合成,不仅有助于提高金刚石的效率,而且还可以减化提纯后处理工序。     

低温冷风技术在滚齿加工中的应用研究

以YK3610数控滚齿机为平台,对低温冷风切削技术在滚齿中的应用进行了试验研究。研究中以得到较好的工件齿面粗糙度为考察指标,运用正交试验法进行了试验方案设计,试验结果表明:冷风温度的大小和有无微量润滑对指标的影响较显著,并通过验证试验做了进一步分析。另外,冷风切削时的刀具磨损情况也得到了改善。     

高温高压条件下石墨的再结晶与金刚石单晶的生长

 用电子显微镜观察到了在高温高压条件下再结晶石墨的形状随温度变化而改变的规律。实验表明：从石墨向金刚石的转变，与石墨在催化剂——溶剂合金中的再结晶状态有关，类球形再结晶石墨是转变成金刚石小单元的基础。金刚石晶体的不同形态及其多样化的表面结构表明金刚石单晶的生长具有比较复杂的过程。研究了具有一定规则形状由类球形再结晶石墨晶粒组成的聚合体，这种聚合体将在适当温度压力下转变成金刚石颗粒。本研究给出了生长粗颗粒、晶形完整的金刚石单晶的原则办法。     

冲击作用下金属表面微喷射的分子动力学模拟

利用二维分子动力学程序,结合类紧束缚杂化多体势,研究冲击载荷下金属表面包含沟槽型缺陷的微喷射动力学过程.在产生微喷射以后,结果表明材料内部传播着两种波系:反射稀疏波和二次加载压缩波,其中,反射稀疏波波面与沟槽形状相似,而二次压缩波波面随沟槽夹角的变化而变化;并形成了两个压强区:负压区和正压区,负压区的存在表明材料中可能产生微损伤.同时,统计结果表明微喷射体的速度随沟槽半角增加而增加的趋势,微喷射体的粒子数随沟槽半角增大而减少的趋势,当沟槽半角大于60°,微喷射效应消失.以上计算结果可以定性说明射流是沟槽型 关键词： 冲击波 沟槽型缺陷 微喷射 分子动力学     

具有微型沟槽结构旋转圆盘减阻的实验研究

建立了开式旋转圆盘系统减阻实验平台,对圆盘螺线沟槽减阻进行实验研究,并可以结合数值研究手段对微型沟槽减阻的机理进行研究。实验结果表明圆盘开槽面积为7.4%时,螺线微型沟槽使得旋转圆盘的最大减阻率达6.1%,V型沟槽两侧的压力差所产生的正扭矩是其减阻的主要原因。沟槽还能起到提高圆盘内径与外径处的静压差的效果。研究结果还表明,采用和平板减阻相同的无量纲尺寸的沟槽会引起圆盘表面的剪应力较大增加。     

超纳米金刚石薄膜结构相变的第一原理分子动力学研究

纳米金刚石薄膜的结构相变非常复杂,对稳定性和物理性质又尤为重要。本文用第一性原理分子动力学模拟研究了超纳米金刚石薄膜的结构相变和表面重构。研究发现,纳米金刚石的表面碳团簇通过断开（111）面的σ键,形成具有碳六元环结构的石墨碎片;内部原子sp3杂化向sp2杂化转化的发生是从（111）面上成对C原子向石墨相转化时形成π键的过程中获得了能量,驱动石墨的转变由表层向心部逐渐进行。转变过程中存在一种洋葱状富勒烯和金刚石结构共存的过渡相——Bucky-diamond,表面悬空键的消除和表层的富勒烯外壳最大限度地降低了表面能和系统总能量,Bucky-Diamond结构稳定存在。     

带沟槽结构的平板流动中的熵产分析

基于大涡模拟，采用Fluent软件对带沟槽结构的平板流动过程进行熵产分析，探究沟槽结构引起的熵产变化规律.结果表明：沟槽结构能减少流动过程中的熵产，在30 m·s^-1时（Re≈20 000），近壁区总熵产减少约25%，40 m·s^-1时（Re≈27 000）减少约19%，但其结构对后续流动没有持续性影响，且随着法向高度的增加，影响逐渐变小；熵产在沟槽顶端部分的数值远大于其他区域，湍流作用引起的熵产起主要作用.所得结论为优化沟槽结构减阻提供了理论依据.     

状态方程实验用铜多台阶靶制备工艺

 采用单点金刚石切削技术,通过合理的刀具设计、夹具设计及工艺过程设计,确定了加工工艺参数,完成了厚度几μm至几十μm的无氧铜多台阶靶的制备。通过触针式轮廓仪,台阶仪,白光干涉仪对表面轮廓及粗糙度进行了测量。结果表明：通过单点金刚石切削技术加工成形的铜多台阶靶,各台阶表面均方根粗糙度小于50 nm,工件表面轮廓平直,台阶垂直度较好。采用阿基米德原理对材料密度进行测量,加工成形后密度为(8.945±0.074) g/cm3,接近材料理论密度。     

原子氢与金刚石表面的相互作用

用高分辨率电子能量损失谱研究了氢原子吸附在金刚石表面的各种振动模式,其中主要是位于360meV处的C—H键的伸长振动和位于160meV处的“剪”振动。用氚原子代替氢原子吸附在金刚石表面,观测到上述振动模式所发生的同位素位移。将金刚石表面加热至900℃后,各种振动模式全部消失,这时吸附氢原子全部脱去,金刚石表面的悬键变成平躺在表面上,导致金刚石表面石墨化。由于石墨化后π-带的作用,在损失谱上出现一个非弹性的、连续的损失峰结构。我们用UPS和AES技术进一步证实了脱氢后金刚石表面的石墨化。 关键词：