SiCp/Al复合材料切削仿真及实验研究

对SiCp/Al复合材料的颗粒和基体分别进行定义建立有限元仿真模型,使用ABAQUS有限元软件从微观角度分析了不同切削速度和切削深度对切削力的影响以及应力场分布情况,研究切屑的形成过程、基体和颗粒的内部应力分布、刀具和颗粒之间的相互作用以及简要分析了材料表面缺陷的成因,通过车削实验进行验证.研究表明:微观仿真模型中由于高硬度SiC颗粒的存在会产生大量的微裂纹以及单一小空洞和不连续空洞,形成表面缺陷,且剪切区域微裂纹的扩展是产生切屑的重要因素;通过对比,实验获得的切削力变化及其波动和形成机制与仿真结果一致.     

溶液对流与温度起伏之间关系的理论模型和实验验证

建立了二维坐标系下溶液对流与形核之间关系的理论物理模型,结果表明:在周期性边界条件下,只要两个坐标轴方向上液体的流动速度不为零,就能产生周期振荡解.将氯化铵晶体溶于水中,加热到过饱和度温度以上,进行自然冷却,在高于过饱和度温度3.7 ℃时,进行搅拌,在1~5 s内,液体内大量形核,出现大量晶体,这与理论模型的计算结果相吻合.     

KDP晶体脆塑转变切削过程有限元仿真与实验研究

利用ABAQUS软件建立KDP晶体超精密切削三维模型,并基于内聚力模型来模拟KDP晶体脆性域切削过程中裂纹的成核与扩展,对KDP晶体脆塑转变过程做出合理解释,得到其临界切削厚度.结果表明,超精密切削过程中KDP晶体材料的去除分为弹性变形、塑性去除和脆性断裂三个阶段,其脆塑转变临界切削厚度为140 nm左右.最后利用超精密机床对KDP晶体进行切削实验,实验观测得到的临界切削厚度与仿真结果值的相对误差不超过10;,验证了仿真方法的有效性及仿真模型的准确性.     

基于螺旋刻划方法的KDP晶体临界切削厚度研究

为了取得贴近切削加工的临界切削厚度,本文提出了一种采用金刚石刀具对KDP晶体进行螺旋刻划、基于所得刻槽微观形貌特征参数计算临界切削厚度的新方法;分析了切削速度和材料各向异性对临界切削厚度的影响;通过切削实验验证所得临界切削厚度.结果表明,晶体材料的各向异性对临界切削厚度有显著影响;在低速切削范围内,切削速度对临界切削厚度影响不显著;基于所得临界切削厚度选择切削参数,实现了KDP晶体全晶向延性域切削,取得了表面粗糙度为2.57 nm(Ra)的超光滑表面.     

氟金云母钛珠光颜料的制备及表征

利用硫酸沸腾水解法制备了氟金云母钛珠光颜料前驱体,并通过差热-热重分析确定了珠光颜料前驱体的煅烧工艺.通过正交实验考察了反应温度、初始pH值、反应时间、搅拌速度、钛液浓度、晶型促进剂(SnCl_4)对前驱体包覆率的影响,得到了制备珠光颜料前驱体的最佳工艺条件以及影响包覆率的各因素的主次顺序.借助SEM、XRD、FT-IR以及EDS对煅烧前后的粉体进行了表征.测试结果表明:在优化的工艺条件下制得的珠光颜料表面致密光滑,包覆层为金红石型TiO_2,包覆率为27.3;.     

以Ni/Al为助剂的TiB2-B4C陶瓷刀具制备及其切削钛合金性能研究

以Ni/Al为助剂在1800℃热压烧结制备了Ni/Al含量分别为0vol;(TB)、5vol;(TBNA5)和10vol;(TBNA10)的TiB2-B4C刀具材料,研究了其致密化机理、显微结构、力学性能和切削削钛合金(Ti6Al4V)的性能.结果表明,5vol;Ni/Al助剂的引入将TiB2-B4 C的相对密度从80;提高到96;,所制备的TBNA5刀具的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为711 MPa、4.6 MPa·m1/2和22.7 GPa,Ni/Al助剂的引入显著改善了TiB2-B4 C陶瓷的致密化和抗弯强度,但是进一步增加Ni/Al助剂的含量(10vol;),将降低其抗弯强度和硬度.切削性能研究表明,与硬质合金刀具相比,TiB2-B4 C陶瓷刀具切削Ti6Al4V的初期磨损较快,但由于更好的高温性能,其后期磨损更慢,且磨损速率更加稳定,其主要磨损机理为粘结磨损和微崩刃,其中含5vol;Ni/Al助剂的TiB2-B4 C陶瓷刀具有相对较好的切削性能.     

金尾矿基轻质高强陶粒的制备及性能研究

本文采用商洛堆积量较大的金尾矿为主要原料,加入少量粘土、长石制备轻质高强陶瓷颗粒.研究生坯成球加水量、金尾矿含量、发泡剂含量和烧成温度对该金尾矿基陶粒性能的影响.采用光学显微镜、万能试验机、扫描电镜等对陶粒的断面形貌、筒压强度、显微结构等进行测试分析,确定最优工艺参数.最终制得金尾矿基轻质高强陶粒的筒压强度为10.2 MPa,堆积密度为762 g/cm3,吸水率为2.6;.     

HIPSN陶瓷磨削力与温度的实验研究

为了研究磨削参数对热等静压氮化硅陶瓷磨削温度与磨削力的影响以及磨削温度和磨削力与表面形成之间的关系.通过正交实验得出磨削参数与磨削温度、磨削力以及比磨削能的关系,而后得出比磨削能与表面成形的关系.当砂轮速度由30 m/s增大到45 m/s,法向磨削力由241.4 N减小到185.3 N,切向磨削力由83.5 N减小到58 N,磨削温度由268℃增加到370.5℃,比磨削能由179.14 J/mm-3增加到238.88 J/mm-3,表面质量变好.磨削深度由5μm增加到35μm,法向磨削力由178.15 N增加到274.6 N,切向磨削力由40.88 N增加到115 N,磨削温度由77.75℃增加到593℃;比磨削能由335.74 J/mm-3减小到100.72 J/mm-3,表面质量变差.工件进给速度由1000 mm/min增大到7000 mm/min,法向磨削力由185.13 N增加到256.05 N,切向磨削力由47.48 N增加到91.08 N,磨削温度先由352.25℃减小到308℃,后增加到325.75℃,比磨削能由376.2 J/mm-3减小到94.98 J/mm-3,表面质量变差.当比磨削能较大时,表面以塑性变形的方式去除,比磨削能较小时,表面以脆性断裂的方式去除.在陶瓷磨削加工中尽可能选择小切深和较缓的工件进给速度,并适当提高砂轮线速度.     

不同碳源浓度金刚石涂层刀具切削石材的性能研究

采用不同碳源浓度金刚石涂层刀具与未涂层刀具铣削石材,研究切削参数对切削力及加工表面质量的影响,分析刀具磨损机理,找到金刚石刀具最佳切削参数,进而实现切削优化.采用正交实验法,通过测力仪测量出不同刀具、不同切削参数下的切削力,测试已加工材料的表面粗糙度,观测刀具磨损情况.结果表明,对铣削分力Fx、Fz影响最大的是涂层碳源浓度;对铣削分力Fy影响最大的是切削深度;对表面粗糙度影响最大的是进给速度;当主轴转速达到n=3000 r/min、进给速度为vf=300 mm/min、切削深度d=1.0 mm、涂层碳源浓度为3;时,刀具切削性能最佳;3;涂层碳源浓度金刚石刀具较其他碳源浓度(含未涂层)刀具,加工后的石材表面粗糙度最低、切削力最小、耐磨性高,提高了加工精度,延长刀具的使用寿命.     

焰熔法生长金红石单晶体生长室内温度分布的数值模拟

以氢气和氧气的燃烧为基础,研究了焰熔法生长金红石单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H2和O2流量对温度分布的影响.结果表明:中心轴向温度随喷嘴距离的增加而升高,在距喷嘴92 mm处达到最高温度3290.3 K后开始下降;晶体熔帽径向温度随直径的增加逐渐减小,熔帽边缘温度则急剧升高;随着H2流量增加,生长室内中心轴向和径向温度逐渐增大,H2流量增加2L/min,中心最高温度平均升高130℃,最高温度的位置向下移3.1mm,晶体熔帽表面温度平均升高70℃;增加内O2和外O2流量均导致生长室内中心轴向和径向温度降低,而使晶体熔帽上的压力升高,外O2对温度的影响较大,而内O2对晶体熔帽压力的影响较大.     

金刚石线锯成形加工硬脆材料圆弧的正交试验研究

针对硬脆材料圆盘件的成形切割问题,提出一种基于电镀金刚石线锯的成形切割方法并进行切割试验,采用3因素4水平正交试验系统研究切割线速度V(A)、转台W轴转速n(B)和金刚石线锯的张紧力F(C)对圆弧面径向跳动、线弓角度、切割效率以及表面粗糙度的影响规律.结果表明:W轴转速对圆弧的径向跳动(即圆度)、切割效率以及表面粗糙度...     

横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量.本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC.基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式.基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响.以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45;,锯切力减少28;~53;.实验结果与理论分析具有良好的一致性.     

高温氧化物晶体生长过程中流体效应的实验研究及理论分析

流体效应是影响晶体生长传热、传质过程和晶体完整性的主要因素,了解其机理将有利于生长优质晶体.我们在空间晶体生长实时观察装置上,利用20μm的碳酸钠作示踪粒子,首次在高温氧化物熔液内同时观察到了表面张力和重力对流效应,并利用测量的结果计算了熔液内表面张力对流和重力对流的速度场.实验结果表明:近坩埚壁处,主要以表面张力对流起主导作用,而在熔液区域内,重力对流效应显著.     

微波等离子CVD金刚石设备中基片加热材料的三维温度场型研究

在微波等离子CVD设备中,微波电磁场的不均匀分布将导致等离子球和基片的温度不均匀,从而降低CVD金刚石的质量,因而基片加热是需要的.材料的吸收微波能的能力同微波频率、电场强度、材料的介电常数和介电损耗及材料体积相关,材料的介电常数、介电损耗、导热率又同温度相关.基于热力学理论,本文用强吸收微波能的SiC材料作为了基片加热材料,放在微波等离子腔的基片下,研究三维轴对称温度场模型,该模型的基片加热材料的介电常数、介电损耗和体积随温度变化,获得了温度分布的解析式,计算结果显示该模型能得到直径76.2mm的均匀温度分布,温度变化少于10℃,因而可用于基片加热.     

基于裂纹扩展效应的切槽-推磨复合加工陶瓷方法的可行性研究

提出了基于裂纹扩展效应的切槽-推磨复合陶瓷加工新方法,完成了借助金刚石砂轮片切割预制缺陷和小砂轮轴向推磨加工工艺实验.通过收集推磨后的块状碎屑,测定其在总去除质量中所占比例,作为裂纹扩展效应在材料去除中所占比重的依据.通过单因素实验着重研究了凸缘厚度、凹槽深度、砂轮转速和工件转速四个加工参数对块状屑占比和推磨力的影响规律.借助激光共聚焦显微镜和金相显微镜测定,分析了该方法的加工机理,即该加工方法去除陶瓷材料是在预制缺陷、裂纹扩展和砂轮磨削的综合作用下完成的.     

SiO2对低温烧结压电陶瓷PMNNS的性能影响

在烧结温度为1020℃下,采用固相二步合成法制备了Pb(Ni1/3Nb2/3)0.05(Mn1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Sb2/3)0.01(Zr1/2Ti1/2)0.9O3(PMNNS)压电陶瓷,研究了加入不同掺杂量的SiO2对陶瓷的结构与机电性能的影响。结果表明:加入SiO2可以明显地降低烧结温度;而且当SiO2的掺杂量为0.1%时,陶瓷的性能最佳,其性能如下:d33=331 pC/N,tanδ=0.0041,kp=0.62,Qm=1326,εr=917。     

氧化镁陶瓷的烧结工艺研究

以硝酸镁、碳酸氢氨为原料,采用均相沉淀法制备碱式碳酸镁,经过不同温度煅烧制得MgO粉体,将粉体压制成型后,经不同温度下烧结,制备MgO陶瓷.TG-DTA、XRD和SEM分析结果表明:碱式碳酸镁的最佳煅烧温度为750 ℃左右,所制得的MgO粉体的晶粒大小为22.25 nm.MgO陶瓷最佳烧结温度为1500 ℃,所得到的陶瓷结构致密、气孔较少、收缩率较高、透光性最好.随着烧结温度的升高,MgO陶瓷中的晶粒有沿(200) 晶面择优生长的趋势.     

高温高压下Z轴水晶的电导率实验研究

电导率测量的过程历经了从直流一交流一阻抗谱的过程,已经为地球物理学家借助于高温高压手段研究固体深部物质电学性质所广泛认同的.本文首先介绍了阻抗谱法测定水晶电导率的实验原理,进而采用该方法在10-1～106Hz的频率范围以及1.0～4.0GPa和823～1073K条件下,借助于YJ-3000t紧装式六面顶高压设备对沿Z轴方向生长的水晶进行了的电导率实验就位测量.实验结果表明:在选择的频率范围,样品的复阻抗的模和相角都对频率具有很强的依赖性;随着温度的升高,电阻迅速降低,电阻率降低,电导率增大;在压力1.0～4.0GPa,其活化焓分别为:0.8548eV、0.8320eV、0.8172eV、0.7834eV,独立于温度的指前因子分别为:1.003S/m、1.778S/m、3.082S/m、6.987S/m,活化焓随着压力的升高而降低,指前因子随着压力的升高而增大.     

BNT-BKT-BiFeO3无铅压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了系列新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3-yBiFeO3(简写为BNT-BKT-BF-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度变化规律.结果表明:在所研究的组成范围内,所制备的材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分为x=0.18～0.21,y=0～0.05,在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=171pC/N,kp=0.366.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系来确定退极化温度,得到的结果基本相同,陶瓷的退极化温度随BF含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.