發(fā)布時間：2017-10-27 01:14

  本文關(guān)鍵詞：基于聚焦離子束技術(shù)超硬納米孿晶材料微刀具的制造

  更多相關(guān)文章： 納米孿晶 金剛石 立方氮化硼 微刀具 FIB 飛秒激光

【摘要】：超硬納米孿晶材料,即納米孿晶立方氮化硼(nt-c BN)和納米孿晶金剛石(nt-diamond),具有前所未有的機械性能及力學(xué)性能,其硬度為相應(yīng)普通材料的2-3倍,斷裂韌性好,且抗氧化溫度比商品化金立方氮化硼和金剛石材料有所提高�；谝陨蟽�(yōu)異性能,超硬納米孿晶材料切削刀具的研制,對于機械加工領(lǐng)域意義重大。本文旨在探索基于聚焦離子束(FIB)技術(shù),對nt-c BN和nt-diamond刀具的研制進行了理論研究和實踐研究,并對其切削性能進行了初步探索�；贔IB技術(shù),通過使用SRIM離子束加工仿真軟件,對nt-c BN和nt-diamond兩種材料的離子去除機理進行了深入研究。其中包括離子束加工時,各粒子間的碰撞過程和能量交換,并深入研究了不同離子個數(shù)、離子入射能量和離子入射角度下,離子濺射產(chǎn)額的變化趨勢。另外,對離子轟擊納米孿晶材料的表面損傷進行了理論分析。研究表明,在一定劑量下,離子轟擊表面損傷層面積及深度低于刀具整體尺寸的0.1%,影響可忽略。針對nt-c BN材料,對納米孿晶材料刀具胚材nt-c BN的粗加工方法進行了探索,其中包括機械研磨法、飛秒激光燒蝕法和離子束濺射法。分析了三種方法對nt-c BN材料的加工質(zhì)量、加工效率和相變問題。研究發(fā)現(xiàn)使用飛秒激光燒蝕加工法,加工質(zhì)量符合粗加工要求的技術(shù)指標,且加工形狀不受限制,可直接對材料進行切割。針對nt-c BN材料,對飛秒激光加工材料燒蝕閾值和微孔、微槽的加工工藝實驗,探索了nt-c BN材料飛秒激光材料去除機理及加工工藝參數(shù)。利用飛秒激光進行了對nt-c BN和nt-diamond材料微刀具胚材的研制。制備出了適用于進行FIB微刀具加工的納米孿晶材料微刀具胚材�；贔IB加工原理,對FIB微刀具加工工藝進行了設(shè)計,分析了離子光束干涉問題及解決方案,確定了微刀具各個刀面的加工順序。應(yīng)用FIB技術(shù)最終制備出了高質(zhì)量的nt-c BN、nt-diamond圓弧刃微刀具和nt-diamond直線刃矩形槽微刀具,刀具幾何尺寸符合加工標準,刀具刃口極其鋒利。利用nt-diamond直線刃刀具對PMMA和Cu材料進行了微槽結(jié)構(gòu)的加工,對Zn S材料進行了平面切削。在PMMA和Cu材料上分別加工出了具有高完整性、高質(zhì)量的矩形微槽和矩形凸臺陣列和環(huán)形槽;對比了新型刀具與傳統(tǒng)單晶金剛石刀具切削Zn S材料平面的加工表面粗糙度,發(fā)現(xiàn)使用nt-diamond刀具的切削表面質(zhì)量高于單晶金剛石刀具。
【關(guān)鍵詞】：納米孿晶 金剛石 立方氮化硼 微刀具 FIB 飛秒激光
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG711;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 超硬刀具材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 立方氮化硼刀具材料研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 金剛石刀具材料研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 聚焦離子束技術(shù)微刀具制備的研究進展15-17
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 聚焦離子束加工技術(shù)基礎(chǔ)及加工仿真18-34
• 2.1 聚焦離子束系統(tǒng)組成18-19
• 2.2 離子束加工原理19-20
• 2.3 離子束濺射機理20-23
• 2.3.1 離子束輪廓20-21
• 2.3.2 離子碰撞過程中的能量交換21-22
• 2.3.3 離子濺射產(chǎn)額22-23
• 2.4 針對立方氮化硼和金剛石材料的離子束濺射仿真23-32
• 2.4.1 基本仿真原理及SRIM軟件23-24
• 2.4.2 不同入射離子數(shù)下c BN和金剛石靶材的濺射產(chǎn)額24-25
• 2.4.3 不同離子入射能量下c BN和金剛石靶材的濺射產(chǎn)額25-26
• 2.4.4 不同離子入射角度下c BN和金剛石靶材的濺射產(chǎn)額26-28
• 2.4.5 離子轟擊后靶材表層損傷的研究28-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 刀具胚材材料去除工藝探索34-50
• 3.1 機械研磨表層材料去除方法探索34-38
• 3.1.1 機械研磨實驗設(shè)備及加工工藝34-35
• 3.1.2 機械研磨實驗結(jié)果及分析35-37
• 3.1.3 機械研磨表面質(zhì)量及相變的研究37-38
• 3.2 離子束濺射表層材料去除方法探索38-43
• 3.2.1 實驗設(shè)備及樣品制備39-40
• 3.2.2 離子束濺射拋光結(jié)果及分析40-42
• 3.2.3 離子束濺射拋光后的表面質(zhì)量及相變問題42-43
• 3.3 激光燒蝕表層材料去除方法探索43-47
• 3.3.1 激光光源選擇和實驗設(shè)備43-44
• 3.3.2 激光燒蝕實驗結(jié)果及分析44-46
• 3.3.3 激光加工后表面質(zhì)量及相變問題46-47
• 3.4 三種表層材料去除方法的實驗結(jié)果對比47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 基于飛秒激光的納米孿晶材料微刀具粗加工技術(shù)50-62
• 4.1 針對nt-c BN材料飛秒激光燒蝕閾值的研究50-54
• 4.1.1 燒蝕閾值的計算方法50-51
• 4.1.2 燒蝕閾值的計算51-54
• 4.2 飛秒激光直線微槽加工54-57
• 4.3 刀具胚材制備的激光實驗設(shè)計57-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 基于FIB的納米孿晶材料微刀具加工技術(shù)62-78
• 5.1 FIB加工平臺62-63
• 5.2 微刀具精加工方案設(shè)計63-67
• 5.3 nt-c BN和nt-diamond刀具的成形67-69
• 5.4 刀具刃口鋒利度檢測69-70
• 5.5 nt-diamond直線刃刀具微結(jié)構(gòu)加工70-77
• 5.5.1 被切削材料及實驗設(shè)備70-71
• 5.5.2 PMMA矩形槽微結(jié)構(gòu)切削加工71-73
• 5.5.3 Cu矩形槽和環(huán)形槽微結(jié)構(gòu)的加工73-75
• 5.5.4 Zn S材料平面切削加工75-77
• 5.6 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻80-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果84-85
• 致謝85-86
• 作者簡介86

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;Monte Carlo simulation for the sputtering yield of Si_3N_4 thin film milled by focused ion beams[J];Optoelectronics Letters;2008年04期

，

本文編號：1101279