关键词： 各向异性   超疏水   激光   润湿性   稳定性  

摘要： 在荷叶、水稻、玫瑰花瓣等自然生物的启发下,固体表面润湿改性技术在基础研究和实际应用中受到越来越多的关注。这些受生物启发的具有特殊润湿性的表面在科学研究和实际生产中具有巨大的应用潜力,如微流控器件、仿生材料制造领域和芯片实验室等。形状记忆合金（SMAs）是近年来发展火热的一种新型材料,主要包括AgCd、AuCd、CuZn、NiTi等。其中,镍钛合金（NiTi）由于其优异的机械性能和良好的生物相容性,在生产生活中得到了广泛的应用。本文通过纳秒激光加工技术和氟化物硅烷化处理工艺在镍钛合金基底上制备了微/纳米复合表面微结构和低表面能涂层,成功获得了具有可调谐二维各向润湿异性和高粘接性能的表面以及超疏水表面。为了研究激光刻蚀和硅烷化工艺对NiTi基底表面润湿性的影响,实验中采用白光共聚焦显微镜和扫描电镜（SEM）对加工后的镍钛合金表面进行了表面形貌检测,并通过X射线光电子能谱（XPS）和接触角测量仪分别研究了材料表面的化学成分和润湿性变化情况,此外,本文还建立了水滴体积与材料表面各向润湿异性的关系。为了全面考察超疏水表面的性能,对超疏水表面在酸、碱、有机溶剂和盐水中的化学稳定性以及该表面的热稳定性进行了系统性研究。通过一系列实验研究和结果可知:各向润湿异性表面的制备过程中,通过改变激光加工参数,垂直方向和水平方向上的润湿差异可在0°20.3°范围内变化,远远大于自然界水稻叶片润湿异性范围。改性后镍钛合金表面滚动角保持在180°,成功模拟了玫瑰花瓣的粘附能力。关于硅烷化与各向润湿异性的关系,研究发现硅烷化过程可以增强其疏水性但却减弱了表面的各向润湿异性。在超疏水表面的制备研究中,接触角测量结果表明,g80表面的接触角测量值最大,可达154.42°±2.1°,而g60的接触角测量值最小,为152.16°±1.25°。稳定性方面,超疏水表面对酸性溶液、有机溶剂和盐水具有较强的耐受性,但对碱性溶液的耐受性较弱。此外,改性表面可以在150℃以下保持良好的超疏水性能,在350℃下仅具有疏水性,当温度超过550℃时,表面则由疏水转变为亲水。此外,本文还对超疏水表面进行了碳离子注入研究。结果表明,碳离子注入对NiTi基底超疏水表面的影响与硅烷化改性过程密切相关。碳离子注入会通过化学作用改变表面的颜色,而表面微观结构没有变化。此外,碳离子注入对表面碳含量的改变影响微弱。

关键词： 液晶显示器   均匀度   散射网点   激光   背光源模组   导光板  

摘要： 液晶显示器(LCD)有诸多优点,如体积小、辐射低、能耗小、光学显示效果好、图像质量高等,因此LCD在数字手表、电脑、手机、汽车等3C产品中已经得到广泛应用。导光板是液晶显示器的重要元件,导光板的深入研究对于提升液晶显示器的均匀性和平均亮度有着重要的作用。因此进一步对导光板的设计与研究是我国打破国外垄断的主要手段,对提高我国自主创新能力具有非常重要的意义。在导光板的加工生产中,大多是压印印刷和油墨印刷,在每平方导光板中,有数以万计的散射网点,随着对大尺寸液晶显示器的需求越来越大,以往的技术已经不能满足加工需求。激光刻蚀技术有加工速度快、加工精度高、可聚焦到激光波长级的极小光斑等优点,特别适合加工高密度的散射网点,逐渐成为了导光板散射网点加工的主流方式。所以,进一步优化激光刻蚀导光板加工工艺,对大尺寸导光板的生产有重要的意义。本论文对导光板散射网点分布进行了优化研究,并且研究了不同导光板散射网点形状对导光板出光均匀性和强度的影响。论文主要分为三个部分,第一部分介绍导光板的工作原理、导光板散射网点分布理论,以及激光加工原理。第二部分为仿真分析。对导光板散射网点的分布进行仿真,通过优化设计得到最佳的导光板散射网点分布,并根据优化设计的导光板散射网点分布,设计不同形状的导光板散射网点,仿真分析不同的导光板散射网点形状对导光板出光均匀性和出光强度的影响。第三部分为实验分析。通过开展相关实验分析激光刻蚀的扫描速度、能量和离焦量对导光板散射网点尺寸形状的影响。对导光板散射网点整板进行加工实验,通过实验得到均匀分布、仿真优化后分布和实际生产应用中的散射网点分布,并分析三者的出光均匀性和平均亮度。最后,实验加工半椭球和近半圆球的导光板散射网点形状,分别分析其出光均匀性和强度。本文基于Trace Pro软件建立导光板背光源仿真模型,得到55寸导光板散射网点的最优分布。在对导光板散射网点形状的仿真研究中得到,当散射网点形状为半椭球时,导光板的出光均匀性最好,为91%,总光通量最大,为3505.5W。实验研究中验证导光板散射网点分布的最优设计比实际生产中的导光板出光效率好(高出3%),为81.6%,平均亮度为5439 cd/cm2。并且实验验证当导光板散射网点形状为半椭球时的出光均匀性为85.8%,平均亮度为5899.8 cd/cm2,均比导光板散射网点形状为近半圆球时好。该研究结果对于实际加工生产具有一定的指导意义,有助于提高产品的良率,减少研发成本。

关键词： ZTA陶瓷   激光加工   表面织构   摩擦学性能  

摘要： 当今社会人口老龄化问题严重,车祸等意外事故频发,导致越来越多的人饱受关节性病痛的折磨。由于普通药物难以完全治愈,人工关节置换成为治疗关节性疾病最有效的途径。陶瓷材料例如ZrO2和Al2O3由于其强度高、化学稳定性和耐腐蚀性能优异被作为一种广泛使用的人工关节材料,但陶瓷材料是一种脆性材料且导致其摩擦学性能受到一定的影响。本论文通过在陶瓷材料表面进行表面织构构筑,来改善陶瓷材料的摩擦学性能,扩大其在人工关节领域的应用。本文利用热压烧结法制备了具有优异力学性能的25 wt.%ZrO2（3 mol.%Y2O3）增韧Al2O3陶瓷（ZTA）,同时对ZTA陶瓷组织结构、力学性能进行了表征,还研究了其摩擦学性能。利用光纤激光器在ZTA陶瓷表面进行圆孔型织构构筑,并探索激光功率,激光调Q频率、雕刻速度及脉冲宽度对圆孔型织构尺寸以及热影响区厚度、圆度和锥度的影响。依据织构质量的分析,当激光功率为12 W,激光调Q频率为50 kHz,雕刻速度为1000 mm/s,脉冲宽度为45 ns时,可以获得直径约为95μm和深度约为20μm的圆孔型织构,此时圆孔的热影响区厚度为13.5μm,圆度为0.88,锥度为0.6。并利用上述激光加工工艺参数在ZTA陶瓷表面加工了织构面积百分比分别为6%、12%、32%和45%的圆孔型织构阵列。在干摩擦条件下,研究了不同织构面积百分比（0%、6%、12%和32%）对ZTA陶瓷与Al2O3销对磨时摩擦学性能的影响的ZTA陶瓷进行摩擦学测试。当载荷为40 N时,随着织构面积百分比的增加,ZTA陶瓷的摩擦系数和磨损率相应增加,摩擦系数从0.48升高到0.62,磨损率从7.8×10-9mm3/Nm增加到1.2×10-8mm3/Nm,织构并没有起到减磨的作用。当载荷为70 N时,随着织构面积百分比的增加,ZTA陶瓷的摩擦系数和磨损率先减小后增大,无表面织构的ZTA陶瓷摩擦系数为0.73,磨损率为9.2×10-44 mm3/Nm,织构面积百分比为12%时ZTA陶瓷的摩擦系数和磨损率都降低到最小值分别为0.49和4.9×10-5mm3/Nm。当载荷继续增大到100 N时,无表面织构的ZTA陶瓷摩擦系数为0.50,磨损率为3.8×10-7mm3/Nm,织构面积百分比为6%时,ZTA陶瓷的摩擦系数和磨损率都降低到最小分别为0.47和8.5×10-8mm3/Nm。载荷为70 N和100 N时,ZTA陶瓷表面的圆孔型织构通过收集磨屑,减少摩擦过程中磨屑产生的犁削作用,有效的抑制了陶瓷表面的脆性断裂,改善ZTA陶瓷的摩擦学性能。在模拟关节滑液条件下,对织构面积百分比分别为0%、6%、12%、32%和45%的ZTA陶瓷与Al2O3对磨时的行为。当载荷为40 N时,ZTA陶瓷的摩擦系数随织构百分比的增加而减小,无表面织构的ZTA陶瓷摩擦系数为0.202,织构面积百分比为45%时ZTA陶瓷的摩擦系数达到最小值为0.166。当载荷增大到70 N时,随着织构面积百分比的增加摩擦系数出现先增加后降低的现象,无表面织构的ZTA陶瓷摩擦系数为0.186,织构面积为45%时ZTA陶瓷的摩擦系数达到最小值为0.175。当载荷继续增加到100 N时,随着织构面积百分比的增加摩擦系数同样出现先增加后降低的现象,无表面织构的ZTA陶瓷摩擦系数为0.192,织构面积为45%时ZTA陶瓷的摩擦系数达到最小值大约为0.178。在模拟关节滑液润滑条件下,表面织构可以储存润滑液,同时提供一定的承载力,从而改善ZTA陶瓷的摩擦学性能。

关键词： 机械制造   发展趋势   精密加工   自动化   特种加工  

摘要： 改革开放以来,我国社会主义市场经济取得了突飞猛进的发展.而我国依靠自身劳动力总量大、价格低廉的优势,逐渐发展成为了世界范围内的制造大国.而中国生产的产品也在世界畅销,这些产品被贴上了'中国制造'的标签.但是随着时代发展和社会进步,我国廉价劳动力的优势不复存在,在这种情况下,现代化机械制造技术应运而生.本文就以现代机械制造为出发点,简要阐述了现代机械制造技术的含义,分析了现代机械制造技术的发展趋势.

关键词： 小深孔   电火花加工   枪钻   排屑  

摘要： 近年来,我国制造业正处于由“中国制造”向“中国智造”转型发展的重要阶段,产品质量的要求不断提高,航空发动机燃料的喷油嘴,还是空气静力轴承、喷丝板、打印机喷头等的零部件,在这些高、精、尖的产品中,越来越多的出现了带有微小孔的零部件,这些孔的加工制造成为影响产品质量的关键。这些零件使用的材料在传统的机械加工领域里称为难加工材料,用传统机械加工的方法进行微小孔的加工十分困难,甚至无法完成加工。近年来,新发展起来了一种小深孔电火花高速加工的小深孔的特种加工的技术,这项工艺的应用也在不断扩大。电火花的非接触式加工很大程度的减小了工具与工件力学负担,宏观切削力很小,不受材料强度和硬度的限制,在导电的难加工材料的微小孔加工中有广阔的应用前景。但是,在电火花小深孔加工过程中产生的电蚀产物的堆积不仅影响加工的稳定和孔的质量,也加重了电极的损耗,降低了加工效率。传统周期性抬起工具电极帮助排屑的方法虽然改善了电蚀产物堆积,但增加了额外运动所需的时间,加工效率仍没有显著提高。枪钻是常用的小深孔机械加工工具。枪钻钻杆的内部是中空结构,钻杆外轮廓面上有一条V型排屑槽,高压切削液从钻柄进入到枪钻内部,接着从钻头端面的出油孔出来后进入到切削区完成冷却和润滑并带着切屑从V型排屑槽排出。小深孔电火花加工的工具电极是中空的黄铜管,加工过程中,电介质从电极内部到达放电区域,带着电蚀产物从孔壁和电极外壁的间隙中排出,这与枪钻的排屑十分相似。为解决小深孔电火花加工中电蚀产物排出困难的问题,文章通过理论分析和实验验证,在小深孔电火花加工中应用枪钻的排屑技术,为解决电蚀产物排出困难的问题进行了试验研究,试验结果显示,枪钻排屑技术有效改善了电蚀产物排出困难的问题,显著的提高了加工速度。

关键词： 特种加工   模具制造  

摘要： 《电加工与模具》是我国特种加工和模具制造领域国内外公开发行的专业性技术刊物,由苏州电加工机床研究所和中国机械工程学会特种加工分会主办。主要报道内容为:特种加工(包括电火花加工、电化学加工、激光加工、增材制造/3D打印、超声加工及其他特种加工)和模具制造领

关键词： 激光加工   实训教学   策略  

摘要： 系统阐述了激光加工实训教学的现状,结合这几年指导激光加工实训教学的一些做法,对激光加工实训教学的开展提出了针对性的策略并对今后的发展做了总结。

关键词： 国际学术会议   课题组   激光加工  

摘要： 孙老师说人生的道路虽然漫长,但紧要处常常只有几步。如果说要为前25年低入尘埃的自己寻找一个转变的开端,那么来到孙老师团队毫无疑问是我重新认知生活、认知生命最重要的一步。在CUFO(Center for Ultrafast Optoelectronic Technologies)团队的5个年头里,孙老师对待工作、对待师生、对待生活数年如一日的专注、执着、奋进、坚毅的姿态时时刻刻影响着我,重塑着我。

关键词： 激光加工   复合加工系统   水射流   超声振动   设计分析  

摘要： 超声加工、激光加工与水射流加工作为三种重要的特种加工方法,各自具有独特的优势,被广泛的应用于航空航天、机械电子等领域。随着材料科学的快速发展,单一的特种加工方法已经很难满足加工生产的需要,复合加工方法将逐渐成为加工制造的主要技术。超声振动与射流辅助激光加工作为一种新型的复合加工方法,结合了上述三种加工方法的优点。其加工原理为:在激光加工时,辅助以垂直方向的超声振动与一定角度的射流冲击,克服了传统激光加工中热影响区大、加工表面重铸层多等缺陷,提高了激光利用率与加工表面质量。但超声振动与水射流辅助激光加工系统目前尚不成熟,振动测量方法的选择、超声频率的选取与射流系统的设计等仍存在相应的问题。本文基于以上原因,优化设计了一套超声振动与射流辅助激光加工系统,并通过试验分析了系统的可靠性,主要工作如下:(1)结合国内外相关文献,总结了超声振动辅助激光与水射流辅助激光研究现状,指出了超声振动系统、射流系统与位移检测系统中存在的不足之处,设计了一套超声振动与水射流辅助激光加工系统。(2)设计了柔性铰链超声振板,为减小振板振幅衰减,采用小弹性立柱替换原有大弹性PVC塑料。为消除系统误差,在原有基础上增加了振动箱体与激光加工平台之间的螺栓连接。运用ANSYS Workbench建立超声振动系统物理模型,通过模态分析确定了换能器激振频率,在此基础上,进行超声振板谐响应分析。分析结果表明:单换能器作用下,柔性振板振幅增加三倍,幅值达到2.6微米;双换能器作用下柔性振板振幅同样有所增加,幅值达到4.8微米。(3)改变了传统接触式加速度传感器测量位移的方案,基于测什么运动量用什么传感器的原则,选用高精度激光位移传感器进行振板振幅的测量,避免了实际测量过程中带来的噪声和相移等误差。(4)设计了水射流系统,实现了一头多压的射流方案。分析影响电机转速的参量,设计出四套水射流系统方案,进行分析对比,确定方案二作为最终实验方案。运用Fluent软件,进行喷嘴空化模型仿真,确定出最优喷嘴锥角。以无空化现象为前提,进行喷嘴冲击平板外流场仿真,对比分析射流角度对材料表面冲击压力的影响。进行射流冲击槽体仿真研究,搞清了槽内流场分布状态。(5)运用设计的系统辅助激光切割硬质合金与氮化硅陶瓷,试验分析系统的适用性。

关键词： 太赫兹   频率选择表面   飞秒激光加工   表面等离子激元   超材料  

摘要： 不同波段的电磁波在人类生活生产中有着广泛的应用,诸如微波通讯、红外监控和X射线成像等。太赫兹(Terahertz,THz),一般指波段位于0.1THz的毫米波和1OTHz的远红外线之间的电磁波,具有一些独特的性质如相干性、低能性、穿透性、瞬时性等,在无损检测领域有着巨大的应用前景。随着越来越多的研究人员投入到太赫兹领域当中,新的太赫兹源被逐步发现。然而,相比于太赫兹辐射源与探测技术的快速发展,作为太赫兹应用系统中关键部分的太赫兹功能器件的发展还相对滞后。太赫兹功能器件包括滤波器、偏振片、太赫兹开关等,这些功能器件的性能对太赫兹的应用起着关键作用。因此,如何制造低成本、高性能的太赫兹器件具有重大研究价值。现有的太赫兹滤波器有频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)、超材料(Metamaterial)、波导滤波器和光子晶体这四种。其中以频率选择表面和超材料运用最为广泛。然而,由于太赫兹波长较短,导致其功能器件的结构尺寸也较小,普通的机械加工技术难以胜任。飞秒激光微加工以其高精度、低成本和“冷”加工特点被广泛应用于微机电系统的制造。相比于传统的喷墨打印、光刻法和气相化学沉积和等微加工技术,其系统结构简单,工序更少,成本更低,通过单一的烧蚀操作,可以完成各种微观结构的高精加工。超材料、频率选择表面等由周期性结构构成的太赫兹功能器件,尤其适用于飞秒激光微加工制造。本文首先介绍太赫兹发展前景及目前太赫兹滤波器的研究进展。第二章,介绍基于频率选择表面的太赫兹滤波器仿真分析方法及飞秒激光微加工原理。第三章,介绍飞秒激光微加工系统搭建及太赫兹频率选择表面的加工。第四章,结合仿真分析研究单层和双层频率选择表面的滤波性能及滤波机理。最后,研究基于超材料的太赫兹吸波结构设计。主要工作包括:(1)搭建飞秒激光微加工系统,编写自动加工程序,利用10μm厚铝箔制造基于频率选择表面的太赫兹带通滤波器。(2)利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)分析单元结构尺寸对太赫兹滤波器性能的影响;利用太赫兹时域光谱技术测量单层、双层滤波器性能,并研究双层滤波器中表面等离子激元的耦合效应。(3)基于微波波段吸波材料的吸波原理,研究太赫兹频段的超材料吸波结构,针对未来太赫兹波段隐身进行预研工作。