基于边缘碎裂效应的切割-推挤式加工的机理分析

基于边缘碎裂效应的切割-推挤式加工技术可以采用低于被加工材料硬度的工具实现工程陶瓷等脆性材料的加工.通过高速摄像观察、微观形貌观察等方法研究,材料破碎去除是源于预制裂纹在外加三维拉应力场和自由边缘表面的作用下迅速扩展.通过实时检测车刀表面温度变化,表明新技术加工过程能以较小的能量消耗实现材料去除.通过对比背侧预制缺陷和双侧预制缺陷的挤压破碎特性,揭示了凸缘受挤压的侧表面存在的缺陷对轴向推挤力有减小的重要作用.此外,还通过能量角度揭示了材料去除的破碎规律和机理.     

低g值MEMS惯性开关的设计与工艺优化

针对既有硅基低g值MEMS惯性开关的加工工艺复杂、加工周期长以及成品率低的问题,提出改进的结构设计和工艺方案。设计以圆形质量块+圆形螺旋梁为基础的敏感结构,以避免原结构因应力集中导致的螺旋梁断裂现象;提出玻璃-SOI-玻璃三层直接键合工艺技术,改变金属电极间绝缘设计方法,调整开关行程的加工方式,从而减少大量加工工序,降低了工艺难度。形成了一种可靠、简单的低g值开关的统一化加工方案。流片结果表明,新研制的MEMS开关的加工周期缩短为原来的1/3,加工成品率提高为原来的4倍。测试结果表明,开关阈值为5.6g,符合设计要求的5.5g±1g。     

基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器

报道了一种基于飞秒激光加工的微纳高温振动传感器。通过熔接形成单模光纤-空芯光纤-单模光纤的结构,利用单模光纤和空芯光纤在熔接面形成的菲涅尔反射,构成外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)。用飞秒激光烧蚀空芯光纤,形成悬臂梁结构。末端的单模光纤作为质量块,在受到振动时带动悬臂梁振动,使悬臂梁产生微弯,进而使EFPI腔长发生变化。实验结果表明,传感器的工作区域为20~300Hz,在100Hz时,0~3.01g范围内测得加速度分辨率为5×10-4 g,加速度响应灵敏度为129.6nm/g。传感器受温度影响小,腔长的温度交叉响应仅为0.225nm/℃,传感器可耐950℃高温冲击。     

奥氏体回火温度对等温淬火球墨铸铁(ADI) 高速切削加工性能的影响研究

等温淬火球墨铸铁(Austempering Ductile Iron,以下简称ADI)是一种新型的耐磨球铁材料.结合现有ADI材料的生产情况,选取300、350、400 ℃3个奥氏体回火温度,制备3组试样并测定力学性能.通过高速切削试验,研究了CC650陶瓷刀具高速干式切削不同性能ADI材料时刀具磨损形态和磨损机理,探讨了奥氏体回火温度对ADI高速切削时刀具磨损性能的关系.试验结果表明,奥氏体回火温度对ADI材料组织和力学性能有较大影响;奥氏体回火温度和ADI试件材料与CC650刀具磨损之间具有相关性;高速切削时,CC650刀具对ADI切削的磨损机制以磨粒磨损和扩散磨损为主.     

广西合浦九只岭汉墓出土石榴子石珠饰的科学分析

为探明广西合浦九只岭汉墓出土的一批紫色珠饰的材质、制作工艺和可能的原料来源,应用X射线荧光光谱、激光拉曼光谱和以及超景深三维显微系统三种分析技术科学分析了其中8枚珠饰。根据X射线荧光光谱和激光拉曼光谱分析结果,从矿物学特征上讲,这些珠饰是由石榴子石族矿物中的铝系石榴石加工而成,除一件样品属于铁铝-镁铝榴石型外,其矿物成分体系具有较高一致性,其他样品均属于富铁铝榴石型石榴子石。结合超景深数码显微系统所获取的样品加工痕迹信息以及近年考古学和科技研究成果,探讨了这批石榴子石的加工工艺和可能的来源。判断这批珠饰采用了旋磨工艺和皮囊球磨工艺两种打磨工艺,采用双钻石钻具对钻的钻孔工艺。这批铁铝榴石宝石珠饰应是由南亚或南亚经东南亚通过海上丝绸之路输入到合浦的,是汉代海上丝绸之路贸易的重要物证,对研究海上丝绸之路的历史和文化交流等具有重要的意义。     

Ф1300mm非球面反射镜的加工与检测

介绍一块Ф1300mmULE材料非球面反射镜的加工与检测方法。采用非球面超声铣磨、机器人研抛等多个工序组合加工技术完成了非球面反射镜的加工。在非球面检测中,采用大口径三坐标测量的方法进行了研磨阶段的面形检测,通过Z向滤波的方法对面形拟合过程中的噪点误差进行了处理,将研磨阶段的面形精度提高至5μm PV值。在干涉仪测量阶段,采用气囊支撑方法对反射镜的重力误差进行了卸载,通过非线性误差矫正的方法去除了零位补偿检测所带来的非线性误差,反射镜的最终精度达到0.016λRMS。试验结果表明,大口径非球面反射镜各项技术指标均满足设计要求,所用工艺方法适用于加工更大口径的非球面反射镜及其他类型的大口径非球面光学元件。     

激光加工微凹坑轴表面对唇形密封泵吸及摩擦特性的影响

为了研究轴表面形貌对径向唇形密封泵吸作用及摩擦特性的影响,利用Nd:YAG固体脉冲激光对旋转轴表面进行微凹坑织构化处理,在油封密封试验机上,针对不同转速、不同表面形貌等工况,完成了一系列对比试验,获取了试验过程中的泵吸量、摩擦力以及密封圈温升等参数.并通过扫描电镜对试验后各密封唇表面进行了分析.结果表明:三角形微凹坑顶点朝向油液侧的表面能够增强泵吸作用,且转速对泵吸率影响很大,而其他形状和参数的微凹坑表面不利于泵吸作用的产生;与未织构面相比,圆形凹坑面积占有率为7%和21%的表面具有良好的减摩效果,三角形凹坑顶点沿周向的两表面间减摩效果较好.     

环形激光熔覆加工头的研制及聚焦光斑优化

研制了一种用于光内同轴送粉方式的激光熔覆加工头。理想状态下,加工头聚焦光斑呈现完整的环形,但在实际装配过程中,元件的加工公差和装配误差的积累会导致聚焦光斑产生形态错位和能量分布不均匀等现象。为改善上述现象,通过光学仿真的手段对加工头内部关键光学元件的位置和角度等参数进行了模拟,并以模拟结果为指导,在尽可能不引入新误差的前提下,对加工头内部光学元件的位置和角度进行了微调,测试结果表明,优化后的聚焦光斑形态对称,能量分布均匀。     

磷锗锌晶体器件定向加工研究

研究报道了坩埚下降法自发成核生长的ZnGeP2(ZGP)晶体光学器件定向加工新方法.即首先结合晶体的易解理面((112)面、(101)面)和标准极图以及X射线衍射仪,快速寻找c轴方向,确定晶体的(001)面;再由相位匹配角、方位角以及(101)和(102)晶面确定ZGP晶体的通光面,定向切割加工得到ZGP光参量振荡(OPO)器件初坯,经X射线衍射仪修正角度和后续抛光镀膜处理,制备出11 mm×11 mm×22 mm的ZGP-OPO器件.采用2.1μm、7 kHz激光泵浦ZGP-OPO,实现了3～5 μm中红外调谐激光输出,功率达0.48 W.此方法不仅适用于ZGP晶体的定向加工,也适用于具有类似结构的其他晶体器件定向加工.     

双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构

利用飞秒激光双光子微纳加工技术与化学镀工艺制备了三维金属微弹簧结构.采用扫描电子显微镜(SEM)及选区电子能谱(EDS)对镀层进行了表征,当化学镀时间为15 min时,所得到的镀层厚度约为130 nm.对不同电镀时间下获得的镀层电阻率进行了测定,实验结果表明,当电镀时间为35 min时得到的镀层电阻率约为80×10^-9 Ω·m,仅为银块体材料电阻率16×10^-9 Ω·m的5倍.利用这种方法,我们制备了总长度为28.75 μm、周期为2.93 μm的悬空金属弹簧结构,其中弹簧圈数为9圈,直径为6 μm,弹簧线分辨率为1.17 μm.文中所述的将双光子微纳加工技术与化学镀技术相结合的方法可以实现任意三维微金属结构与器件的制备,在微光学器件、微机电系统(MEMS)及微传感器等领域有着广泛的应用前景.