SURFACE MODIFICATION AND DISPERSION OF NANODIAMOND IN CLEAN OIL

The effect of different kinds of surfactants on the size distribution of nanodiamond particles in clean oil was studied.Results show that the dispersing stability of nanodiamond modified with surfactangts YS-1 and SB-18 simulta-neously is much better than those modified with either of them because of synergism of the surfactangts.And the particle size distribution in the system can be improved remarkably after the adoption of hyperdispersants such as SA-E and SA-F.Anchoring groups of those hyperdispersants can be bonded with the particle surface by chemical and/or hydrogen bonding and their soluble chains are well compatible with the dispersion media.As a result,the particles are uniformly distrbuted in the system owing to the steric stabilization.A very stable clean-oil based nanodiamond suspension with an average particle size of around 53.2 nm was prepared.     

钛基片的化学机械抛光技术研究

采用化学机械抛光（CMP）方法对钛基片进行纳米级平坦化处理,通过系列抛光试验优化抛光液组成和抛光工艺条件后,得到AFM-Ra为0.159 nm的纳米级抛光表面和156.5 nm/min的抛光速率。抛光液的电化学分析结果表明：二氧化硅颗粒和乳酸在钛表面有不同程度的吸附缓蚀作用,氨水和F-的络合、扩散作用能破坏缓蚀膜层,两者的中间平衡状态才能得到最佳抛光效果。抛光后钛表层XPS测试结果显示钛表层经过化学氧化形成疏松氧化层后,再通过磨粒和抛光垫的机械作用去除。     

纯铅化学机械抛光中工艺参数对抛光性能的影响

为获得高质量纯铅表面，采用化学机械抛光(CMP)的方法并辅以自制抛光液，研究了胶体二氧化硅抛光颗粒的形状、粒径和浓度、加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量等工艺参数对铅片表面材料去除率和粗糙度的影响. 研究表明:小粒径异形(眉形)胶体二氧化硅抛光颗粒相较于大粒径球形颗粒更有利于铅片抛光，抛光颗粒的粒径和浓度对纯铅抛光性能的影响主要取决于铅片表面与胶体二氧化硅颗粒以及抛光垫表面丝绒的耦合作用关系. 随着加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量的改变，铅片表面和抛光垫之间驻留的层间抛光液的厚度以及状态发生改变，从而直接影响抛光液的流动性、润滑性和分散性，以及影响抛光颗粒和化学试剂与铅片表面的机械化学作用，进而影响抛光质量和材料去除率. 通过对工艺参数影响的研究和对工艺参数的优化，最终获得了表面粗糙度R_a为1.5 nm的较为理想的超光滑纯铅表面，同时材料去除率能够达到适中的380 ?/min.      

纳米磨料对硅晶片的超精密抛光研究

采用均相沉淀法制备了纳米CeO2和纳米Al2O3超细粉体,将所制备的超细粉体配制成抛光液并用于硅晶片化学机械抛光,考察了纳米磨料对硅晶片抛光效果及抛光机理的影响.结果表明,纳米CeO2磨料的抛光效果优于纳米Al2O3磨料,采用纳米CeO2磨料抛光硅晶片时可以得到在1μm×1μm范围内微观表面粗糙度Ra为0.089nm的超光滑表面,且表面微观起伏较小.     

石英玻璃圆环高速膨胀碎裂过程的离散元模拟

采用离散元算法模拟了石英玻璃圆环受到外加动态载荷时的力学行为. 首先基于flat-jointed粘结模型,通过标准的单轴拉压、三点弯曲等数值实验来标定了石英玻璃的微观参数. 在此模型基础上,数值模拟再现了石英玻璃圆环在不同应变率下的膨胀碎裂过程. 为定量分析数值模拟结果,需要准确确定圆环的碎裂发生时刻. 模拟发现:伴随着石英玻璃圆环的断裂,圆环外表面粒子径向膨胀速度的时程曲线会发生突然升高然后下降的跳动;详细分析表明,这种跳动源自周向的脆性断裂诱发的卸载波(周向拉伸应力急剧下降)以及伴随而来的泊松膨胀,这种径向速度跳动现象为实验中检测脆性断裂发生时刻提供了可能. 进一步的数值研究表明:(1)石英玻璃圆环的断裂应变随着应变率的提高而增大,与韧性金属材料的膨胀环实验结果一致;(2)石英玻璃圆环的碎片平均质量随着应变率的增大而减小;(3)数值计算获得的碎片平均尺寸与已有的理论和实验结果比较吻合. 利用液压膨胀环实验装置对石英玻璃圆环进行了验证性实验,回收得到的碎片形貌及碎片个数与数值模拟的结果基本一致.      

纳米CeO2颗粒的制备及其化学机械抛光性能研究

以硝酸铈和六亚甲基四胺为原料制备出不同粒径的纳米CeO2粉体颗粒,将纳米CeO2粉体配制成抛光液并用于砷化镓晶片的化学机械抛光.结果表明,不同尺寸的纳米磨料具有不同的抛光效果,采用粒度8 nm的CeO2磨料抛光后微观表面粗糙度最低(0.740 nm),采用粒度小于或大于8 nm的CeO2磨料抛光后其表面粗糙度值均较高.通过简化的固-固接触模型分析,认为当粒度过小时,磨料难以穿透软质层,表现为化学抛光为主,表面凹坑较多,表面粗糙度较高;当粒度大于一定值时,随着磨料粒度增加,嵌入基体部分的深度加大,使得粗糙度出现上升趋势.提出当磨料嵌入晶片表面的最大深度等于或接近于软质层厚度时,在理论上应具有最佳的抛光效果.     

Influence of thermal oxidation on as-synthesized detonation nanodiamond

The thermal property of an as-synthesized black powder, a detonation nanodiamond (DND) product, was first analyzed, followed by thermal oxidation to modify its surface. During the thermal treatment, the non-diamond carbonaceous shell of the black powder was oxidized, with the likelihood of forming a C–O–C bonding between carbon atoms on the particle surface. This new structure may rupture with intensified oxidation through increasing the heating temperature and prolonging the process duration. As more oxygen-containing functional groups form on the particle surface, the particle surface becomes negatively charged, and the powder turns to be more hydrophilic.     

研磨抛光表面微孔织构的影响因素分析

表面织构是一种改善摩擦学性能的有效手段.通过研磨抛光方法开发了一种新型表面织构技术,此表面织构的特点是表面微孔成型和抛光过程同步进行.同时利用此织构技术着重研究了研磨时间(0~120 min)、研磨速度(1.45~10.47 m/s)、研磨液质量分数(1%~15%)对织构参数(微孔面积密度、孔径分布及表面粗糙度)的影响规律.结果表明:表面微孔面积密度随着研磨时间增长而逐渐下降并最终趋于稳定;当研磨速度从1.45~10.47 m/s变化时,微孔面积密度从2.59%增至16.92%,微孔孔径及表面粗糙度随着研磨速度的增加而增加,当研磨速度低于2.09 m/s时容易获得10μm以下的微孔;当研磨液质量分数从1%~15%变化时,微孔面积密度从3.76%~11.70%变化,近似呈线性增加关系,质量分数高于9%时易于获得10μm以上孔径的分布表面.     

Q235钢高能喷丸纳米化表面的摩擦磨损行为

利用球盘式试验机研究了高能喷丸、喷丸抛光及原始样品在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损行为.结果表明:高能喷丸使Q235钢表面纳米化的同时在表面产生大量凹坑,干摩擦下高能喷丸及其抛光样品的磨损量均大于原始样品;由于表面凹坑的储油作用,在液体石蜡润滑下高能喷丸样品的磨损量小于原始样品,3种样品的摩擦系数均接近0.1;当液体石蜡中加入ZDDP后,由于纳米化表面的活性高,高能喷丸样品的耐磨性提高幅度更为显著,在35 N载荷下是原始样品的1.63倍,是喷丸抛光样品的1.26倍.     

断层泥显微特征研究在桥基稳定性评价中的应用

基于SEM研究了桥基断裂断层泥的原状显微结构和显微构造、石英碎砾的显微构造、表面刻蚀形貌和结构特征 ,并进一步分析和评价了断裂的抗震和抗断关键问题 ,其对系统论证在断裂带上建设特大型过江桥梁工程的稳定性具有重大实际意义 ,并为镇扬大桥工程的合理设计和安全运行提供了地质依据     

Z切石英在氟化氢铵溶液中的腐蚀特性

对Z切石英在氟化氢铵溶液中的腐蚀特性进行了研究。首先研究了Z向腐蚀速率随腐蚀温度和腐蚀液浓度的变化关系,然后研究了Z向表面腐蚀粗糙度随腐蚀深度、腐蚀液体浓度、腐蚀温度的变化规律,最后将石英在氟化氢铵溶液中的腐蚀特性跟在BHF溶液中的腐蚀特性进行了简单对比。试验结果表明:腐蚀速率随腐蚀温度和腐蚀液浓度增加而增加;Z向腐蚀表面粗糙度随腐蚀时间的增加而增加;提高腐蚀液体浓度有利于减小腐蚀表面粗糙度;提高腐蚀液体温度有利于减小表面粗糙度;石英在氟化氢铵溶液腐蚀具有更高的腐蚀效率和更小的腐蚀表面粗糙度。本研究结果能够为石英MEMS器件的设计和工艺提供有益帮助。     

Effect of strain-gradients of surface micro-beams on frequency-shift of a quartz crystal resonator under thickness-shear vibrations

With introduction of the first-order strain-gradient of surface micro-beams into the energy density function,we developed a two-dimensional dynamic model for a compound quartz crystal resonator(QCR) system,consisting of a QCR and surface micro-beam arrays.The frequency shift that was induced by micro-beams with consideration of strain-gradients is discussed in detail and some useful results are obtained,which have important significance in resonator design and applications.     

A model for chemical-mechanical polishing of a material surface based on contact mechanics

A new contact-mechanics-based model for chemical-mechanical polishing is presented. According to this model, the local polish rate is controlled by the pressure distribution between features on the wafer and the polishing pad. The model uses an analysis based on the work by Greenwood to evaluate this pressure distribution taking into account pad compliance and roughness. Using the model, the effects of pattern density, applied down-force, selectivity, pad properties, etc. on the evolution of the wafer surface can be readily evaluated. The interaction between individual pad asperities and the wafer pattern is investigated in detail. It is shown that the pressure distribution between an asperity and the wafer surface is discontinuous at edges of features that have different nominal polish rates and that this pressure discontinuity dominates the polish rate and dishing of narrow features.The model is implemented as an algorithm that calculates the evolution of the profile of a set of features on the wafer during the polishing process. The model can be applied to chemical-mechanical polishing used for oxide planarization, metal damascene or shallow trench isolation.     

汽油云雾中不同氧气、氮气含量对爆轰温度的影响

本文描述了一种利用多通道高温计测量汽油云雾爆轰瞬态温度的方法,这种方法既适合云雾爆轰辐射充满光纤接收角,又适用辐射部分进入光纤接收角,我们在激波管内,以光纤传输光能,用多通道高温计测量了汽油云雾中氧气、氮气对爆轰温度的影响。研究表明:对于富含汽油的混合物,增加氧含量可使爆轰温度增加;增加氮含量可导致爆轰温度下降,它和利用传感器测量结果吻合。     

Ce0.8Zr0.2O2固溶体磨料对ZF7光学玻璃抛光性能的改善

采用改进的湿固相机械化学反应法制备出超细锆掺杂氧化铈磨料Ce1-xZrxO2(x=0,0.2),运用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段表征其物相类型、外观形貌、比表面积、粒度、表面电位等物理性质,通过测定抛光速率和观察表面的微观形貌考察它们对ZF7光学玻璃的抛光性能影响.结果表明,Ce0.8Zr0.2O2固溶体磨料对ZF7光学玻璃抛光性能比纯CeO2磨料有明显的提高,抛光速率达到463 nm/min,5.0 μm×5.0 μm的范围内微观表面粗糙度Rα值达到1.054 nm,而纯CeO2磨料的抛光速率只有292 nm/min,Rα值却增大到1.441 nm.Ce0.8Zr0.2O2固溶体的抛光速率的明显增大和表面粗糙度Rα的下降主要与其负表面电位的增大和颗粒尺寸、粒度的减小密切相关.     

表面处理工艺对长石质牙科陶瓷摩擦学特性的影响

通过体外模拟口腔环境。采用往复摩擦磨损试验机考察了经自身上釉、离子交换及机械打磨抛光等3种不同表面处理方式的长石质牙科陶瓷材料在人工唾液润滑下同纯钛对摩时的摩擦学特性。探讨了表面处理对牙科陶瓷材料显微硬度、断裂韧性、表面形貌和元素组成的影响．结果表明：牙科临床常用的表面处理工艺对牙科陶瓷摩擦系数的影响较小。经3种不同表面处理的陶瓷试样的摩擦系数仅在滑动初期存在一定差异；经离子交换处理的陶瓷试样的抗磨性能较优；长石质牙科陶瓷同纯钛对摩时。偶件钛向陶瓷试样磨损表面发生转移；牙科陶瓷材料的耐磨性能同力学性能的相关性不强，原因在于耐磨性能同微观结构等密切相关．     

Application of an advanced XRD instrument for surface stress-tensor measurements on steel sheets

The three-dimensional residual-stress condition of several martensitic stainless-steel sheets given various combinations of surface treatments was studied by an X-ray-diffraction method. The stress tensors in the near-surface region, approximately 12 micrometers (0.012 mm) deep, were calculated after obtaining the strain tensors through application of the differential method and an advanced X-ray-diffraction stress-measurement instrument. The advanced instrument collected the data in a few hours—a task that normally requires several days to a few weeks-and provided accuracies on the order of ±14 MPa (2 ksi). The surface treatments to the sheets included various combinations of mechanical polishing and vapor blastiing; all produced substantial compressive stresses in the plane and perpendicular to the surface. The mill-annealed specimen showed nearly zero residual stress prior to mechanical polish or vapor blasting. The resulting tensor-stress data were compared with data obtained through single-exposure-technique calculations which assume a plane-stress state on the surface.     

面接触条件下海藻酸钠的水基润滑

以海藻酸钠作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下石英玻璃片摩擦副的摩擦学特性.采用红外光谱仪分析海藻酸钠的分子结构,采用3D表面轮廓仪测量试样的表面形貌,在微摩擦磨损试验机上测试不同摩擦副的摩擦系数.结果表明:面接触条件下,下试样表面粗糙度Ra值为0.555 nm时,上试样表面粗糙度大于下试样表面粗糙度时方可相对滑动,上试样表面粗糙度越大,摩擦系数越大.上下试样表面粗糙度合理搭配可保证海藻酸钠溶液能形成稳定的润滑膜,获得极低的摩擦系数.加入饱和氯化物破坏海藻酸钠水合分子层,摩擦系数急剧增大.海藻酸钠水基润滑层包括水分子层和海藻酸钠水合分子层,其中海藻酸钠水合分子层起主要作用.     

壳层形态对核/壳结构PS/SiO_2复合磨料抛光性能的影响

以聚苯乙烯(PS)微球为内核,通过控制正硅酸乙酯的水解过程制备具有不同壳层形态的核/壳结构PS/SiO2复合磨料,应用于二氧化硅介质层的化学机械抛光,借助AFM测量抛光表面的形貌、轮廓曲线及粗糙度.SEM和TEM结果显示:碱性水解条件下,复合磨料的壳层由SiO2纳米颗粒组成(非连续壳层);酸性条件下,复合磨料的壳层则呈无定型网状(连续壳层).抛光对比试验结果表明:复合磨料的PS弹性内核有利于降低表面粗糙度并减少机械损伤,SiO2壳层则有利于提高材料去除率,复合磨料的核/壳协同效应对于提高抛光质量具有主要影响.相对于非连续壳层复合磨料,具有连续壳层的PS/SiO2复合磨料能够得到更低的抛光表面粗糙度值(RMS=0.136 nm),且在抛光过程中表现出了更好的结构稳定性.然而,PS/SiO2复合磨料的壳层形态对抛光速率的影响则不明显.     

石英添加量对搪瓷涂层微观结构及摩擦磨损性能的影响

采用一次浸搪法制备石英添加量为0%、4%、8%和12%的搪瓷涂层,通过HSR-2M型高速往复摩擦试验机测试涂层摩擦学性能,SEM和EDS分别表征涂层微观组织和磨损形貌,并分析磨损机理. 结果表明:搪瓷涂层中石英添加质量分数为0%和4%时,涂层气孔率大、气孔密度低,摩擦时形成的微裂纹易沿着气孔间最短距离方向扩展,硬质磨屑转移至摩擦对偶表面而使涂层磨痕底部形成尖锐的凹槽,磨损形式主要为磨粒磨损和脆性断裂. 而石英添加质量分数为8%和12%的涂层气孔率小、气孔密度高,其中8%添加量涂层的孔径分布更加均匀,磨损率及磨痕深度仅为未添加涂层的1/3. 摩擦过程中孔径均匀的小尺寸气孔增大了裂纹扩展时所需的能量势垒而阻碍裂纹扩展,磨屑被气孔拦截后在磨损表面形成密实的堆积层,避免了摩擦对偶与涂层的直接接触而起到减摩作用,磨损形式主要为磨粒磨损.