金刚石微铣刀头图形化法的制备研究

微细铣削加工技术是具有较高相对精度的精密三维微小零件的制造技术,微零件尺寸和精度在很大程度上依赖于微切削刀具的切削性能.CVD金刚石膜作为一种具有众多卓越特性的功能材料,是制造新型超硬微铣刀的优越刀具材料.本文开展了硅微模具图形化法沉积金刚石膜微铣刀头的实验研究,成功制作了特征尺寸为25 μm、50 μm和100 μm双层金刚石微铣刀头.SEM,ADE等分析结果表明采用的工艺能够获得表面质量好、形状和尺寸精度很高的金刚石微铣刀头,该工艺能够实现批量制造,是制作金刚石微铣刀的理想方法.     

模具法制备CVD金刚石热沉片的温度场与流场研究

本文通过有限元仿真研究了模具法制备CVD金刚石热沉片的温度场和流场,并对制备参数进行了优化.实验与仿真的结果均表明,进气量的大小对衬底附近流场的均匀性影响显著,热丝温度、热丝间距以及热丝到衬底的距离对衬底的平均温度影响显著,热丝间距和热丝温度对衬底温度的均匀性影响显著;模具法制备的CVD金刚石复制了模具型腔,保证了热沉片的结构完整性和尺寸精度,最终制备了精度较高的小型CVD金刚石热沉片.     

CVD金刚石钝头体飞行温度场仿真研究

建立了CVD金刚石厚膜钝头体在飞行条件下的温度场有限元仿真模型,得出了钝头体头罩内壁的传热条件以及飞行马赫数等对温度场的影响.将流场全局最高温度值的仿真结果与计算流体力学中滞止温度理论公式的计算结果进行了对比,结果表明两者的一致性很好,证实了所建立仿真模型的正确性.研究发现,随着马赫数的增加,温度场中最大温度值也随之增大;在马赫数大于1时,会产生明显的弓形激波,且激波的锥角随马赫数增加而减小,这与理论结果相一致;当马赫数为3.5时,即使在头罩内壁绝热条件下,温度场中最高温度值也在1000K以下,表明CVD金刚石厚膜可以满足Ma=3.5的实际飞行要求.     

大面积自支撑CVD金刚石厚膜的应力研究

在HFCVD系统中制备了直径为φ100 mm的自支撑CVD金刚石厚膜,利用XRD研究了自支撑CVD金刚石厚膜的应力.结果显示制备的大面积自支撑CVD金刚石厚膜处于较低的应力水平,应力分布较均匀,生长面应力状态为压应力,成核面应力状态为张应力.     

计算机控制CVD金刚石生长系统的研究

在CVD金刚石生长系统的基础上设计开发了计算机控制系统,对金刚石生长过程中各物理信号进行监测与控制,实现了无人值守下金刚石的生长.详细介绍了计算机控制的结构和软件实现方法.最后介绍了在计算机控制之下金刚石厚膜,纳米金刚石薄膜以及复合膜的生长.结果表明该系统运行稳定、可靠,控制效果明显优于人工控制,具有非常广泛的应用价值.     

偏压对磁控溅射沉积立方氮化硼薄膜的影响

合适的衬底偏压是物理气相沉积制备cBN的必须条件,本文采用基于蒙特卡洛方法的SRIM软件对PVD过程中离子轰击衬底进行了分析,并进行了相关的实验研究.仿真与实验结果显示,随着离子轰击能量的增加,离子轰击深度和范围扩大,有利于cBN的成核与生长,但是过大的轰击能量会导致薄膜表面N与B元素的不匹配以及薄膜立方相的下降.同时,在PVD气氛中适量添加N2可以弥补薄膜表面N元素的损失,有利于提高立方相含量.     

渗硼高速钢表面CVD金刚石膜制备研究

直接在高速钢表面生长CVD金刚石非常困难.为了克服高速钢中Fe元素对金刚石生长的不利影响,在高速钢表面利用渗硼技术先生成B、Fe的化合物的中间层然后再制备CVD金刚石膜.采用显微维氏硬度计、XRD衍射仪、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和洛氏硬度计对渗硼基体和金刚石膜进行检测,研究渗硼处理对高速钢基体和金刚石膜生长的影响.结果表明:渗硼热处理可以在高速钢表面形成一层致密的B、Fe化合物层,能有效降低Fe元素的不利影响,有利于金刚石的生长,在高速钢表面形成一层高附着的致密金刚石膜.     

双面抛光运动的数学建模及轨迹优化

双面抛光运动过程复杂,对光学材料的加工有重要的影响,运动轨迹分布不但影响加工效率,而且影响加工工件的表面质量.通过分析双面抛光加工的运动过程,建立双面抛光中任意一点相对于上抛光盘的运动轨迹的数学模型,改变数学模型中的轨迹运动参数,观察不同参数值对抛光轨迹分布的影响,优化分析得出抛光轨迹分布最佳的运动参数值.研究结果表明...     

基于离子渗铌过渡层的金刚石刀具涂层结合性能研究

对含钴量10wt;的硬质合金刀片进行酸碱两步法预处理后采用双辉离子渗技术在表面渗铌过渡层,采用热丝化学气相沉积金刚石涂层.通过SEM、Raman等手段表征涂层形貌和质量,用压痕法检测膜基结合性能,研究了该预处理方法对金刚石生长及其结合性能的影响.结果表明,相比传统的过渡层制备方法,双辉离子渗技术具有更大的优势,铌过渡层填补了酸碱两步法产生的孔隙,在高温作用下向基体内部扩散并浸润WC颗粒,与基体结合紧密,减小了疏松层厚度,同时阻挡了Co的扩散,提高了形核密度并细化了金刚石晶粒,涂层质量和膜基结合性能得到改善.     

EACVD摆动衬底空间流场有限元模拟研究

根据EACVD系统的实际几何特点和工艺参数建立了该系统的三维流场有限元模型,研究了衬底温度及摆动周期、热丝参数、进气口参数对衬底表面流场均匀性的影响.结果表明:衬底低速摆动情况下摆动周期的变化对衬底表面流场的分布没有影响,衬底温度,热丝参数,进气口参数对衬底表面流场都有一定的影响,其中,热丝的排列方式以及进气口气体流量对衬底表面流场的影响最大.最后,采用一组优化的沉积参数进行金刚石膜衬底表面流场的仿真计算,结果表明:采用优化的沉积参数可以使衬底表面气体流速和流场的均匀性都得到很大提高,此研究结果为制备高质量金刚石膜提供理论依据.