湿法化学刻蚀技术处理抛光熔石英元件

为了提高熔石英元件的抗激光损伤能力,采用基于氢氟酸刻蚀的湿法化学技术去除元件内的激光损伤诱因。利用不同的氢氟酸溶液处理经氧化铈抛光的熔石英元件,并对元件的刻蚀速率、表面洁净度、粗糙度、透过率和激光损伤性能进行评价。研究结果表明,与传统的静态刻蚀相比,在质量分数为6%的氢氟酸刻蚀溶液中引入能量密度约为0.6 W/cm^2的兆声能量对元件的溶解速率和激光损伤性能没有明显的提升作用;化学刻蚀产生的沉积物对元件表面粗糙度和透过率均有不利影响,且沉积物比例与所用的刻蚀液成分和浓度密切相关;经质量分数6%或12%的纯氢氟酸溶液刻蚀(5±1)μm深度后,熔石英元件的激光损伤阈值相比于未刻蚀元件提升了约1.9倍;熔石英元件的激光损伤性能与表面粗糙度和透过率之间不是简单的线性关系,但激光损伤阈值较理想的元件(>20 J/cm^2@3ns)往往具有较光滑的表面,即表面粗糙度<2 nm,由此可以确定有利于熔石英元件激光损伤性能的刻蚀条件,并获得元件表面粗糙度的控制指标。     

磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。     

高抗激光损伤阈值光栅后处理抛光技术研究

脉冲压缩光栅是实现高能量激光的核心光学元器件,其制造过程中产生的表面污染物和微结构缺陷成为限制高功率激光系统发展的技术瓶颈,为了提升光栅的激光诱导损伤阈值,提出利用磁性复合流体进行脉冲压缩光栅(PCG)后处理抛光研究。对抛光前后光栅样品的微观结构,表面形貌、表面粗糙度、衍射效率和激光诱导损伤阈值等参数进行测量,进行抛光前后光栅表面质量和光栅性能的评估。研究发现,磁性复合流体抛光能够在不破坏实际光栅结构的前提下抑制加工过程产生的毛刺,微结构缺陷等;经3 min抛光后,光栅顶部表面粗糙度从21.36 nm下降到3.73 nm;激光诱导损伤阈值从2.8 J/cm²提高到3.8 J/cm²,抗激光损伤性能提升35.7%,且不影响衍射效率。实验结果表明：磁性复合流体抛光是一种可以提高光栅元件表面质量,提升光栅元件光学性能的有效方法。     

数控非接触式超光滑光学元件加工机床的设计

基于数控技术,提出了一种非接触式光学元件表面超光滑液体抛光方法.通过磨头中心孔为抛光表面提供抛光液,抛光液在磨头自转的带动下与光学元件表面相互作用,实现光学元件表面材料的微量去除,利用计算机控制抛光磨头的运动轨迹完成对光学元件表面的抛光.根据上述原理,设计和研制了数控非接触表面超光滑光学元件加工机床样机,样机直线运动轴最低进给速度为0.000 1 m/s,定位精度为0.008 mm;摆动轴最低转速为0.002 8 r/min,定位精度为15″.抛光实验结果表明,经过20 min的超光滑加工,熔石英材质光学元件上两点的表面粗糙度Ra值分别由加工前的1.03 nm和0.92 nm提高到加工后的0.48 nm和0.44 nm,显著提高了加工精度.     

光纤激光诱导背面干法刻蚀制备二元衍射光学元件

为了降低激光直接辐照透明介电材料的表面加工粗糙度和激光能量密度刻蚀阈值,提高微光学元件的产出率,介绍了一种用固体介质作吸收层,激光直接作用在透明光学材料上进行微纳加工的激光诱导背面干法刻蚀工艺。首先,选用95氧化铝陶瓷作固体材料辅助吸收层,应用中心波长为1 064 nm的掺镱光纤激光器,在3.2 mm厚的熔融石英玻璃表面刻蚀了亚微米尺度的二维周期性光栅结构。然后,对刻蚀参数进行拟合并探讨了激光能量密度对刻蚀参数的影响。最后,观察该二元光学元件的衍射花样图形并讨论其衍射特性。实验制备了槽深为4.2 μm,槽底均方根粗糙度小于40 nm,光栅常数为25 μm的二维微透射光栅,其刻蚀阈值低于7.66 J/cm²。结果表明,应用该工艺制备二维透射光栅,降低了激光刻蚀透明材料的密度阈值及加工结构的表面粗糙度。     

熔石英光学元件的CO2激光加工技术研究新进展

熔石英元件是一种典型的硬脆性且难加工的材料,在传统机械加工中的加工效率极低,并且加工过程中引入的机械弱化层,严重影响了熔石英元件在强冲击、高载荷、高能量环境下的使用寿命。和传统机械加工方法相比,CO_2激光加工技术的优点在于可实现非接触式加工,并且去除精度高和去除效率高。尤其重要的是,CO_2激光加工后的熔石英光学元件无表面/亚表面裂纹、划痕等缺陷,使得CO_2激光加工技术在熔石英元件的加工中得到了重要且广泛的应用。因此,从熔石英元件的CO_2激光加工理论、大口径器件CO_2激光加工工艺、局部区域CO_2激光损伤修复,以及表面微结构加工4个方面出发,对熔石英光学元件的CO_2激光加工技术研究现状进行综述,重点分析了CO_2激光加工技术在熔石英元件大口径器件/局部区域加工的工艺水平现状以及微结构加工的应用现状,并探讨了CO_2激光加工过程中引入的负面效应以及仍需解决的问题,希望为推动CO_2激光加工技术在熔石英元件加工的进一步应用提供参考。     

熔石英光学元件加工亚表面缺陷检测及抑制技术研究进展

熔石英材料因具有硬度大、热膨胀系数低、透射光谱范围广等良好的机械性能和热学、光学特性,广泛应用于国防、航天等领域中关键光学元件的制造。作为一种典型的硬脆材料,在传统的研磨抛光加工中,不可避免地会引入亚表面层的微裂纹、划痕等结构性缺陷,这些缺陷会严重降低熔石英元件在高功率激光使用环境下的激光损伤阈值,并影响其在高冲击载荷使用环境下的抗断裂损伤能力。从硬脆材料的磨削机理出发,对熔石英光学元件亚表面缺陷的产生机制、亚表面缺陷的检测技术、熔石英亚表面缺陷抑制技术的研究现状进行综述,重点对比针对加工亚表面缺陷的有损检测和无损检测技术的优缺点,探讨多种先进表面加工技术在抑制熔石英光学元件亚表面缺陷中的应用。希望为优化大口径、高精度、高质量熔石英光学元件加工工艺,并提升其在高功率激光、高冲击载荷等极端服役环境下使用性能、延缓其使用寿命提供有益参考。     

单晶硅激光辅助超精密切削工艺优化与表面特性

为了获得优化的单晶硅激光辅助超精密切削工艺,探究切削加工后单晶硅元件的表面特性,采用正交实验方法对单晶硅的激光原位辅助单点金刚石切削工艺参数进行优化,并对切削加工单晶硅表面质量、面形精度、残余应力和光学透过率等表面特性进行了测量与分析。通过正交实验数据的表面粗糙度方差分析和信噪比分析,获得的优化工艺参数组合为主轴转速为1 500 r/min、进给速率为5 mm/min、切削深度为3 μm、激光功率为4.5 W。采用上述工艺参数加工的165 mm口径单晶硅非球面光学元件的表面粗糙度和面形精度PV分别为2.74 nm和0.52 μm。激光辅助切削加工后的单晶硅表面存在(-1 760.8±362.1) MPa的残余压应力。激光辅助超精密切削加工的单晶硅光学元件在3～5 μm中红外波段镀膜前后的透过率分别为55%和98%,折射率为3.43。实验结果表明,激光辅助超精密切削技术可作为单晶硅光学元件的半精加工或最终精加工工序,以提升复杂面形单晶硅元件的制造效率。     

磁流变抛光消除磨削亚表面损伤层工艺研究

针对传统光学制造技术对亚表面控制局限性和磁流变抛光的特点,提出用磁流变抛光替代研磨工序直接衔接磨削工序的新工艺流程。采用自研的磁流变抛光机床KDMRF−1000和水基磁流变抛光液KDMRW-2进行了磁流变抛光去除磨削亚表面损伤层的实验研究。直径为100mm的K9材料平面玻璃,经过156min的磁流变粗抛,去除50um深度的亚表面损伤层,表面粗糙度Ra值提升至0.926nm,经过17.5min磁流变精抛,去除了200nm深度的材料,并消除磁流变粗抛产生的抛光纹路,表面粗糙度Ra值提升至0.575nm。应用磁流变抛光可以高效消除磨削产生的亚表面损伤层。磁流变抛光替代研磨工序直接衔接磨削工序的新工艺流程可以实现近零亚表面损伤和纳米精度抛光两个工艺目标。     

大气等离子体射流加工的热误差在线补偿方法

大气等离子体射流加工由于其化学刻蚀的加工原理,材料去除速率极易受温度影响,然而加工区域内温度波动造成的面形误差目前仍难以有效预测与抑制。为了补偿大气离子体射流加工中热效应引起的非线性加工误差,搭建了可在线测量加工区域温度的大气等离子体射流加工系统,分析了加工过程中全局和局部热效应对材料去除速率的影响规律,建立了考虑热效应的时变非线性去除函数模型及标定方法,依据加工区域温度的实时测量数据,实现了基于驻留时间动态调整的大气等离子体射流加工热误差在线补偿技术。熔石英光学元件的修形加工实验结果表明,所提出的方法有效补偿了加工过程中由温度波动引起的面形误差,材料去除量误差PV从362.71 nm降低至132.25 nm,提升63.54%,RMS从90.02 nm降低至33.45 nm,提升62.84%。研究结果为提升大气等离子体加工的修形精度提供了新的思路与参考。     

某型号飞机起落架支柱减振筒内壁腐蚀原因分析

飞机起落架减振支柱在飞机起落和滑跑时,吸收撞击能量,对飞机安全起降的意义重大.减振筒是减振支柱中的重要部件,本文从工艺流程、理化分析、外场使用和腐蚀机理分析等方面,对减振支柱减振筒内壁的腐蚀原因及危害进行了综合分析,并提出了相应措施.     

Natural frequencies of vibration of a class of solids composed of layers of isotropic materials

In a recent paper, the Ritz method with simple algebraic polynomials as trial functions was used to obtain an eigenvalue equation for the free vibration of a class of homogeneous solids with cavities. The method presented is here extended to the study of a class of non-homogeneous solids, in which each solid is composed of a number of isotropic layers with different material properties. The Cartesian coordinate system is used to describe the geometry of the solid which is modelled by means of a segment bounded by the yz, zx and xy orthogonal coordinate planes and by two curved surfaces which are defined by fairly general polynomial expressions in the coordinates x, y and z. The surface representing the interface between two material layers in the solid is also described by a polynomial expression in the coordinates x, y and z. In order to demonstrate the accuracy of the approach, natural frequencies are given for both a two- and three-layered spherical shell and for a homogeneous hollow cylinder, as computed using the present approach, and are compared with those obtained using an exact solution. Results are then given for a number of two- and three-layered cylinders and, to demonstrate the versatility of the approach, natural frequencies are given for a five-layered cantilevered beam with a central circular hole as well as for a number of composite solids of more general shape.     

两种仪表功能合理性评述

本文以某些积算和双笔记录仪产品为例说明由于仪表功能设计的不合理或选型不当，影响了仪表的正常使用，制造厂和用户应关注这类问题。     

叶切面最大厚度数值计算与应用

以叶切面最大厚度的数值计算方法为基础,探讨叶切面最大厚度计算的计算机实现,介绍叶切面厚度数值计算法的应用实例.     

Effect of Impregnation of Iodine Complex on Friction of Anodic Oxide of Aluminum

Polyvinyl pyrrolidone-Iodine complex (PVP-I) molecules were impregnated into the anodic oxide of an aluminum disk specimen. It was rubbed against a silicon nitride ball specimen using a ball-on-disk type friction test rig. Over the limited range of parameters studied (load: 0.2-1.0 N, sliding velocity: 0.6 mm/s, and sliding distance: 1-7 m), the coefficient of friction decreased to a value as low as 0.01 from values of 0.3 to 0.7 for the anodic oxide surface. Single-crystal iodine rubbed against silicon nitride showed a coefficient of friction of 0.1. The low coefficient of friction is attributed to the thin PVP-I film on the relatively hard anodic oxide. The mechanism of coefficient of friction reduction is the same as that of a thin soft film on a hard substrate.     

磨粉机快辊轴承座加工工艺设计

设计了磨粉机快辊轴承座的加工工艺和具体的工装夹具.利用卧式加工中心加工磨粉机快辊轴承座,辅以能够高效快速夹紧的夹具,既可以保证加工精度,又能够提高加工效率.     

我校工业设计教育改革初探

针对目前市场对工业设计人才的需求,本文论述了我校在工业设计教育方面的改革措施,着重介绍了我校工业设计教育在软件和硬件方面所进行的一系列的改革。     

Modeling of coefficient of contraction of differential pressure flowmeters

The article provides a solution to the problem of contraction process modeling when measuring the flow of fluids and gases using differential pressure flowmeters. The article shows the feasibility of obtaining the coefficient of contraction from the mathematical model of the reduced/contracted flow of fluids or gases. An analytical expression is obtained for the coefficient of contraction, which agrees well with the results of the experiment. Analysis of this expression is performed and dependencies on the geometrical parameters of the pipeline and orifice plate are obtained.     

膨胀套导向机构的设计

通过分析膨胀套在实际使用产生滑移受阻现象、卡死现象原因的实质,并在分析产生问题原因的基础上提出了改进措施即：增加导向机构。     

串联混合动力牵引车蓄电池SOC的监测

文中提出了基于安时法计算混合动力电动牵引车蓄电池已用电量，在求出当前蓄电池荷电状态的基础上，利用根据能量守恒模型计算出的蓄电池SOC进行荷电状态校正，采用80C196KC加上相应的感应器来实现。实验表明，该方法测出的蓄电池荷电状态比较准确，有较高的精度。