AFM针尖磨损机理研究进展

在分析了原子力显微镜(AFM)探针在测量及加工领域应用过程中,探针磨损对于实验结果的影响的基础上,综述了Si3N4针尖、金刚石针尖和单晶硅针尖的磨损机理。并展望了探针磨损机理的发展趋势。     

图像匹配技术用于扩展原子力显微镜测量范围的应用与研究

研究了利用图像匹配技术来扩大原子力显微镜的测量范围的方法,通过对表面粗糙度测量结果的分析验证了该方法的可靠性,并得出了面粗糙度比线粗糙度更能体现试件表面形貌特征的结论。     

纳米CaCO3／PPS复合材料微观结构及性能研究

纳米碳酸钙(CaCO3)与聚苯硫醚(PPS)通过熔融共混挤出制得复合材料,通过透射电镜对纳米碳酸钙的形态及粒径分布进行观察,并用原子力显微镜、力学测试等方法对复合材料微观结构和力学性能进行表征.结果表明,纳米碳酸钙的平均粒径约56nm,从复合材料表面形貌可见纳米碳酸钙分散在树脂基体里,少量粒子变形;复合材料的韧性得到明显提高,在添加量为5wt%时,冲击强度达到74.13kJ/m2,抗拉强度则在10wt%时达到最大,83.73MPa.     

单晶铝纳米级硬度试验研究

使用纳米硬度计对单晶铝进行了纳米压痕试验，利用原子力显微镜对压痕形貌进行扫描并计算硬度值，重点观察和分析了纳米级条件下单晶铝的硬度性质，结果表明，当压痕深度小于2000nm时，单晶铝纳米硬度存在尺寸效应现象；从材料性质的角度分析了纳米硬度尺寸效应现象；探讨了纳米硬度和传统硬度本质上的区别，指出其根本原因在于不同尺度下人们对材料性质的关注点不同。     

单晶硅各向异性力学性能纳米压痕实验研究

应用纳米原位压痕仪对单晶硅(100),(110),(111)晶面进行纳米压痕实验,对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶硅(111)晶面相对于其它两个晶面具有较小的弹性模量和硬度值。通过单晶硅不同晶面原子结构分析,认为晶面原子层的间距分布差异是各晶面弹性模量差异的主要原因。     

探针对AFM阳极氧化加工的影响研究

利用原子力显微镜AFM进行阳极氧化纳米刻蚀加工的实质是电场作用下发生下的电化学反应,探针是影响氧化加工重要的因素。在氧化加工过程中,探针曲率半径的大小和与样品表面的相对位置影响了表面电场的分布,从而影响了氧化物的结构。由于氧化及磨损的影响,探针会失效,而碳纳米管针尖的氧化加工可以获得更高精度的纳米结构。     

基于AFM调制电信号的矢量式纳米加工系统的开发及其应用

在Digital Instrument(DI)公司多功能SPM仪器的基础上,开发出基于原子力显微镜(AFM)调制电信号的矢量式纳米加工系统,成功地实现了纳米量级结构的加工及对加工电路中微弱电流的精密实时探测,实现了对加工电压的实时精确测量及对电容效应的实时观测等。     

基于AFM电场诱导氧化的纳米加工

研究利用STM/AFM进行电场诱导氧化加工以及环境(特别是湿度)对纳米加工的影响。通过理论推导得出生成氧化物的线宽与探针偏压有着密切的联系,分析了偏压和场强对氧化速度的影响,比较了相对湿度分别为53%和92%时的加工结果,并在理论上论述了温度对加工的影响。     

高速水射流冲击下航空有机玻璃(PMMA)损伤行为

飞行器高速经过雨区时,风挡玻璃等部件容易受到雨滴的冲击侵蚀。为探究飞行器风挡玻璃的雨蚀损伤行为,基于一级轻气炮搭建了单射流冲击试验平台(SIJA),并对航空定向及非定向有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)进行了不同速度的射流冲击试验。结果表明受高速射流冲击时,定向有机玻璃主要表现为面下分层的银纹损伤,而非定向有机玻璃主要表现为表面损伤。随着冲击速度不断提升,两种有机玻璃试样都出现了表面剥离损伤,且定向有机玻璃的剥离损伤更为严重。通过对试样内部应力波传播及损伤扩展的观察发现,定向有机玻璃面下分层为剪切波主导,且这一损伤模式更容易造成剥离,多次冲击后的试验结果也进一步证明了这一结论。同时根据聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜得到的冲击阶段冲量对损伤进行了评估与预测,发现损伤面积与冲量呈线性关系。     

AFM诱导氧化加工Si纳米氧化线的一致性和连续性的研究

研究了在不同的偏置电压和扫描速度下加工的Si氧化线的一致性和均匀性,得到了加工高质量的Si氧化线的实验条件为:偏置电压8V,扫描速度1 μm/s。     

纳米压痕实验微米级深度硬度下降现象的研究(英文)

本文针对均匀材料微米级压痕深度,分析接触深度、接触面积、载荷以及加载时间几种因素对实验数据的影响,结合有限元数值模拟,说明压头几何缺陷、接触深度与接触面积的处理并不是造成微米级压痕硬度随压深增大而下降的主要原因,最可能的原因是材料的蠕变特性。进行了不同最大压深实验显示连续刚度法(CSM)将强化蠕变特性对硬度曲线的影响,证明造成该现象的重要原因是纳米压痕实验的实验方法问题。     

基于数字图像处理的布氏硬度压痕直径测量方法

在分析布氏硬度试验压痕图像的基础上,提出了基于数字图像处理的布氏硬度压痕直径测量方法.利用CCD相机获取压痕图像,通过图像分割、目标区域处理、压痕圆拟合等步骤完成图像处理,由此实现对压痕尺寸的自动精确测量.     

材料表面薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的表层薄膜的硬度测算方法。首先研究如何利用有限元计算弥补纳米硬度测量在压痕深度小于百纳米时的精度缺陷，进而探讨薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律，最后导出了根据实验曲线预测表层薄膜材料的硬度的公式，并进行了实验验证。     

韦氏硬度计算公式分析及铝合金标准韦氏硬度块设计

研制数字式铝合金韦氏硬度计,必须依据正确的韦氏硬度计算公式,并采用适合的铝合金韦氏标准硬度块进行校准与标定。本文依据实验结果指出了目前使用的韦氏硬度计算公式和铝合金韦氏标准硬度块存在的差错和缺陷,提出了新的韦氏硬度计算公式,并设计和制造了新的铝合金韦氏标准硬度块。以上成果已经成功应用于数字式铝合金韦氏硬度计的研制。     

电参数对 7075铝合金微弧氧化膜硬度的影响

通过使用直流双脉冲电源对 7075铝合金进行微弧氧化试验,研究了正向电压、占空比和脉冲频率等电参数对铝合金微弧氧化膜层硬度的影响。通过正交试验,研究了单一水平因素下的膜层硬度平均值的变化规律,发现了通过电参数提升膜层硬度的方法;通过相对极差分析,发现正向电压对膜层影响程度最大,脉冲频率对膜层影响程度最小。提出了针对 7075铝合金微弧氧化膜硬度提升的电参数优化方案:提升氧化膜硬度,应优先考虑增大正向电压;保证氧化膜硬度的同时兼顾其他表面性能,应优先调整对膜层硬度影响最小的脉冲频率。     

2D C/SiC 复合材料的静压痕力的损伤表征

为考察2D C/SiC 复合材料在外力作用下产生的不可见损伤对其力学性能的影响。通过静压痕实验引入损伤,采用红外热波成像和残余性能测试的方法,表征2D C/SiC 复合材料的损伤。结果表明:施加能量为0.75 J时,复合材料内部开始产生损伤, 施加能量为1.8 J(接触力1 700 N、压痕深1 mm)时,损伤模式发生转变;随着损伤程度的加重,残余压缩强度下降率约为残余拉伸强度下降率的2倍。     

超声波硬度传感器在大口径管件内镀层硬度测量中的应用

通过分析超声波硬度传感器的特点,提出采用超声波硬度传感器技术实现对管件镀层硬度进行现场无损测量的方法.