Z切石英单晶侧壁腐蚀形貌修平方法

石英单晶具有复杂的晶向,侧壁腐蚀形貌不规则。以制作规则的微惯性传感器关键结构单元—石英悬臂梁-质量块结构为研究目标,研究Z切石英单晶在氟化氢铵溶液中的侧壁腐蚀形貌演化规律具有重要意义。首先研究了侧向所露晶面的倾斜角度和腐蚀速率随方向角的变化,在此基础上研究了侧面晶棱随时间的演化规律。研究结果表明:侧向所露晶面的倾斜角度和腐蚀速率随方向角发生变化,在方向角50°~90°范围,双向腐蚀是侧向只出现一级晶棱,其它方向出现二级晶棱;侧面晶棱可通过长时间的腐蚀修平,修平时间随方向角发生变化。以石英悬臂梁-质量块结构为例,通过腐蚀7.5 h,获得了侧壁平整的石英悬臂梁-质量块结构,证明了该方法的适用性。该方法有助于在设计石英结构时能够考虑侧壁形貌对结构性能的影响,或利用侧壁形貌特点对结构进行设计。     

钢轨-磨石相互作用的摩擦学模拟试验研究

设计了新型钢轨打磨摩擦试验机,实现了钢轨-磨石相互作用的摩擦学模拟试验,研究了不同打磨参数下的钢轨-磨石界面的摩擦系数、表面粗糙度、磨损量及硬度等变化情况.结果表明:随磨石粒度增加,打磨钢轨表面粗糙度和磨损量呈减小趋势;增加磨石转速导致摩擦系数和表面粗糙度减小,打磨钢轨磨损量和表面硬度增加;随打磨压力增加,摩擦系数和表面粗糙度呈减小趋势,但磨损量和表面硬度增加;打磨钢轨表面存在明显的犁沟,随磨石粒度减小犁沟变宽;所设计钢轨打磨摩擦试验机可用来评价不同参数下钢轨-磨石界面相互作用的摩擦学行为.     

腐蚀后铝自由表面微物质喷射实验研究

在40GPa压力下，采用压电石英传感技术,测量了腐蚀时间为1～7d的铅自由表面的微物质喷射。结果表明,微喷射量随着腐蚀时间的增加而增加．但腐蚀时间大于4d以后,微喷射量的增量减小。实验测量了粗糙度R2约为1．5和8．0μm样品表面的微物质喷射量．在腐蚀时间小于4d时，样品表面粗糙度Rz为8．0μm的微物质喷射量大．说明粗糙度对微喷射有影响。当铅的表面腐蚀4d以后．两种粗糙度的铅样品的微喷射量在实验误差范围内是一致的．说明此时的微物质喷射量只取决于腐蚀层的杂质和氧化物．而与表面原始粗糙度无关。     

非晶含氢碳薄膜摩擦与抗擦伤性能的实验研究

用射频等离子体增强化学气相沉积法在钛合金表面制备了非晶含氢碳（a-C:H)薄膜,利用原小孩子显微镜、纳米力学探针、划痕仪以及滑动摩擦和微动摩擦试验仪器等研究了其表面形貌、粗糙度、硬度和摩擦性能,分析了薄膜的表面粗糙度、硬度及载荷对摩擦系数的影响。结果表明：随着薄膜厚度的增加,硬度略有提高,划痕临界载荷明显提高,而表面粗糙度先增加后降低,最后趋于稳定;室温空气中的滑动摩擦系数随硬度的增大以及表面粗糙度和载荷的减小而降低;在微动摩擦试验中,随相对湿度增加,摩擦系数降低,这有利于其在体液环境中的应用;薄膜具有良好的耐磨性能,经5000次摩擦后磨损很小。     

锡黄铜在3.5%NaCl中的液固两相流冲蚀机理研究

利用旋转式冲蚀磨损试验机,对锡黄铜在3.5%NaCl溶液中进行液固两相流冲蚀磨损试验,利用扫描电镜详细分析了不同条件下锡黄铜表面的微观形貌、失效规律及微观破坏机理.结果表明:锡黄铜在失重的不同阶段对应不同的磨损机制,在不同外界条件下其破坏机制也不尽相同.锡黄铜在阴极保护即无腐蚀影响下,试样发生严重冲蚀前存在门槛速度,冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片.当冲蚀速率增加,冲蚀切削形貌减少,而冲蚀时间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡;在无阴极保护作用下,试样表面出现腐蚀凹坑,冲蚀率大幅度增加,随着冲蚀速率的增加失重率增加,但随冲蚀时间增加,冲蚀率减小.     

HPAM稀溶液在微圆管中流动特性的实验研究

实验研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)稀溶液(水溶液)在内径为10.1 ~325 \mu m石英微管中的高剪切速率(1 215 ~23 120 s ^{ -1} )流动. 结果表明, 聚合物溶液在管径小于100 \mu m微管中的流动具有明显的微尺度效应, 实测流速高于由同种溶液在常规管径圆管中的流动规律所预测的流速. 实测流速与预测流速之间的偏离程度与管径和剪切速率有关: 相同剪切速率下, 管径越小, 偏离越明显; 在小管径微管中, 偏离随剪切速率的增加而减小, 而当管径超过30.7 \mu m后, 偏离不再随剪切速率的变化而改变.      

结合面静摩擦因数分形模型的建立与仿真

提出一个确定分形维数和分形粗糙度参数(G')的分形函数,并用分形函数逼近结合面的表面粗糙度.根据分形理论和改进后的尺寸分布,推导了静摩擦因数f的解析解.数字仿真结果表明,f随量纲为一的总法向载荷(P')增加而增加.当D较小或较大时,f与(P')之间存在不同的微凸和微凹弧非线性关系,D=1.2时f与(P')的关系基本上是线性的;当D较小时,f随D增加而增加;当D较大时,f随D增加而减小;f随分形粗糙度参数(G')增加而减小,随相关系数K增加而增加,随材料特性(φ)增加而增加.     

非等温粗糙表面液滴撞击特性试验与仿真研究

非等温固体表面液滴碰撞现象广泛存在于航空航天领域机械零部件中,液滴碰撞动力学行为的研究对提升机械零部件传热换热以及润滑性能具有重要意义.为获得液滴在非等温粗糙表面的撞击特性,研究了硅油在金属表面撞击、铺展和回缩的动力学行为,并着重分析了硅油黏度、撞击速度、油滴初始直径、金属表面粗糙度及温度对硅油撞击特性的影响.结果表明,在等温表面,液滴最大铺展直径与撞击速度、基体表面温度及液滴初始直径正相关,与基体表面粗糙度、硅油黏度负相关;当表面粗糙度介于6.3～25μm时,其对液滴最大铺展直径影响较小;在非等温表面,液滴回缩过程中少量液体残留并形成尾迹,且残留尾迹随基体温度升高而愈发明显;随后数值模拟了硅油在非等温粗糙表面的碰撞过程,并揭示了基体温度和表面粗糙度的影响机制.本文中研究成果为理解非等温粗糙金属表面液滴的撞击行为提供了丰富的理论和试验依据.     

流体润滑条件下BSA水溶液吸附膜的光干涉测量

利用面接触流体润滑光干涉测量装置,对BSA水溶液的润滑和吸附特性进行了试验研究.试验中润滑接触副由静止的钢块和旋转的玻璃盘组成,结果表明润滑膜厚度随速度的增加而增加,随载荷的增加而减小.BSA在钢滑块表面形成两种类型的吸附,一为连续的薄膜层,二为离散的蛋白质凝聚团簇.同时证实了钢块表面微观腐蚀的发生,并由入口区向出口区扩展,该腐蚀促进吸附膜的增长.吸附层的形成受润滑膜剪应变率和压力的影响,高的剪应变率和低的载荷有利于吸附膜的增长.     

不同温度下砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀特性研究

利用摩擦诱导选择性刻蚀的方法,可在砷化镓表面加工一系列的纳米结构;该纳米加工方法无需掩膜,且加工效率高、成本低,具有应用前景.为了进一步研究砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀的特性,优化加工参数,本文作者在不同温度下利用H_2SO_4-H_2O_2溶液对砷化镓表面进行选择性刻蚀,考察了刻蚀后所形成的凸起高度及砷化镓表面粗糙度随刻蚀时间和刻蚀温度的变化规律,阐释了温度对砷化镓表面刻蚀的影响机制;最后从加工高度和表面粗糙度着眼,探讨了砷化镓表面摩擦诱导选择性刻蚀的最佳条件.本研究为砷化镓表面选择性刻蚀加工的条件优化提供了重要依据.     

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.     

Investigation of double-diffusive convection during the solidification of a binary mixture (NH4Cl–H2O) in a trapezoidal cavity

The solidification of binary mixture (NH₄Cl–H₂O) inside a trapezoidal cavity is investigated experimentally in this study. The effect of the initial concentration of ammonium chloride (0–19.8%) and boundary temperatures (−30 to 0°C) on the solidification process was investigated. Particle image velocimetry (PIV) technique was used for the visualization of the dynamic field in the melt. Thirty-two thermocouples were used to monitor the temperature distribution inside the cavity and on the cooling walls. The convective flow field, the temperature distribution, the frozen layer thickness and the moving solid/liquid interface were obtained for different initial concentrations of ammonium chloride and various boundary temperatures. The results obtained in the course of this study reveal that: (1) the process of solidification is slower with an increase in initial concentration levels of the binary solution: as the concentration increases, the time needed to get the same thickness of frozen layer increases; (2) an increase in the initial concentration of ammonium chloride solution reduce significantly the temperature in the melt; and (3) the initial concentration play a significant role in the evolution of convection flow patterns.     

稀土改性对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料在不同温度下摩擦学性能的影响

采用CSEM THT07-135高温摩擦试验机,研究了不同温度下碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损行为,重点考察了稀土改性对复合材料摩擦学性能的影响.结果表明;稀土改性处理可以提高复合材料在测试温度范围内的减摩耐磨性能.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)对纤维改性前后的形貌进行分析,发现稀土溶液对纤维表面具有一定的刻蚀作用,进而提高了其比表面积;通过XPS测试分析,发现改性后的碳纤维表面的O、N含量增加,从而提高了纤维表面的极性,最终提高了纤维与树脂间的界面结合强度和材料的耐磨性能.     

N80钢CO2腐蚀产物膜在水/砂两相流介质中的磨损性能

采用高温高压静态釜对N80油套钢在CO2中的腐蚀行为进行了模拟腐蚀试验;利用自制的磨损试验装置对比分析了腐蚀产物膜在水/砂两相介质中的磨损性能同成膜温度、CO2压力、流速及砂粒度之间的关系;用扫描电子显微镜分析了N80钢表面CO2腐蚀产物膜及其磨损表面形貌,用表面形貌仪测定了磨损试验前钢表面CO2腐蚀产物膜的粗糙度.结果表明:成膜温度和压力对钢表面腐蚀产物膜的表面粗糙度具有显著影响;N80钢表面CO2腐蚀产物膜磨损表面形貌沿深度方向存在差异,对应的抗磨性能亦有所不同;两相介质中的砂粒度越大或流体相对流速越大,则腐蚀膜的磨损越剧烈.     

Prediction of the boiling temperature and heat flux in sugar–water solutions under pool-boiling conditions

Condensing of a sugar–water solution is a widely used production process, especially in food industry. In this study, boiling temperature and heat transfer of different concentration levels of sugar/water solution is experimentally studied. In the experiment, the pool boiling with constant temperature difference between surface and boiling temperature is investigated. Boiling point of sugar/water solution depends on sugar mass concentration and on vapor phase pressure. A function is suggested to calculation the boiling temperature. The experimental data and the calculated values of boiling temperature are compared. The results are verified with previous investigations. It is determined that the heat flux between surface and sugar/water solution while pool boiling displays a linear relation with water mass concentration in the solution. Heat transfer coefficient could be determined in dependency of surface temperature and sugar mass concentration. Furthermore a function is suggested to predict the heat flux for engineering purpose, which is already used in similar form for pure substances.     

一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件

针对石英晶体各向异性的特点,设计了一种驱动梁为双"W"截面形状的石英音叉微机械陀螺,通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法,分析了不同截面形状的驱动梁压电激励力的相对大小,优化设计了陀螺芯片结构参数。依据陀螺芯片的结构,设计了合理的工艺方案并在3英寸石英圆片上制作出了三种驱动梁截面形状的陀螺器件,测试结果表明,相对于矩形驱动梁截面的陀螺芯片,双"W"形驱动梁截面的陀螺芯片的灵敏度提高约60%。     

试件栅刻蚀技术研究

本文研究和实现了在试件表面直接涂布光刻胶制得振幅型低频栅和位相型高频全息栅的基础上，分别利用湿法化学腐蚀和反应离子刻蚀技术蚀刻试件栅的工艺。在几种不同材料的试件表面刻蚀出了试件栅，这种技术的实现使云纹干涉法和精细网格法在高温高压环境下的广泛应用成为可能。     

Enhancement of nucleate pool boiling heat transfer to dilute binary mixtures using endothermic chemical reactions around the smoothed horizontal cylinder

Experimental studies on enhancing the pool boiling heat transfer coefficient of binary dilute mixtures of water/glycerol, water/MEG (Mono-ethylene glycol) and water/DEG (di-ethylene glycol) have been carried out. Some particular endothermic chemical reactions related to ammonium salts were used to enhance the pool boiling heat transfer coefficient, simultaneously with occurrence of pool boiling heat transfer. Accordingly, 100?g of Ammonium nitrate, ammonium perborate and Ammonium sulfate were selected to dissolve into mixtures. High and extreme solution enthalpies of each of these ammonium salt powders are employed to reduce the surface temperature around the horizontal cylinder locally. Results demonstrated that presence of ammonium salts into the mixtures deteriorates the surface temperature of cylinder and as the result, higher pool boiling heat transfer coefficient is reported for tested solutions. Results are also reported and compared for different ammonium salts to find the influence of inducing different enthalpies of solution on pool boiling heat transfer coefficient. Obtained results also indicated that presence of endothermic reaction besides the pool boiling heat transfer enhances the heat transfer coefficients in comparison with nucleate pool boiling phenomenon solely.