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表面技术
中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网
表面技术

中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网

吴护林（兼）

双月刊

1001-3660

wjqkbm@vip.163.com

023-68792193

400039

重庆市2331信箱（重庆市九龙破区石桥铺渝州路33号）

表面技术/Journal Surface TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊主要报道金属、非金属表面技术方面的最新科学研究成果及新技术应用成果等方面的内容。
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    超精密晶圆减薄砂轮及减薄磨削装备研究进展

    周仁宸王哲杨远航吉佛涛...
    1-21页
    查看更多>>摘要：在芯片制程的后道阶段,通过超精密晶圆减薄工艺可以有效减小芯片封装体积,导通电阻,改善芯片的热扩散效率,提高其电气性能、力学性能.目前的主流工艺通过超细粒度金刚石砂轮和高稳定性超精密减薄设备对晶圆进行减薄,可实现大尺寸晶圆的高精度、高效率、高稳定性无损伤表面加工.重点综述了目前超精密晶圆减薄砂轮的研究进展,在磨料方面综述了机械磨削用硬磨料和化学机械磨削用软磨料的研究现状,包括泡沫化金刚石、金刚石团聚磨料、表面微刃金刚石的制备方法及磨削性能,同时归纳总结了软磨料砂轮的化学机械磨削机理及材料去除模型.在结合剂研究方面,综述了金属、树脂和陶瓷 3 种结合剂的优缺点,以及在晶圆减薄砂轮上的应用,重点综述了目前在改善陶瓷结合剂的本征力学强度及与金刚石之间的界面润湿性方面的研究进展.在晶圆减薄超细粒度金刚石砂轮制备方面,由于微纳金刚石的表面能较大,采用传统工艺制备砂轮会导致磨料发生团聚,影响加工质量.在此基础上,总结论述了溶胶-凝胶法、高分子网络凝胶法、电泳沉积法、凝胶注模法、结构化砂轮等新型工艺方法在超细粒度砂轮制备方面的应用研究,同时还综述了目前不同的晶圆减薄工艺及超精密减薄设备的研究进展,并指出未来半导体加工工具及装备的发展方向.

    减薄砂轮减薄机表面处理结合剂超细粒度金刚石制备技术

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    弹性磨抛轮加工硅片面形预测模型及试验验证

    高尚任佳伟康仁科张瑜...
    22-27,46页
    查看更多>>摘要：目的 为分析弹性磨抛轮磨削硅片面形精度变化的影响因素,优化加工参数以获得良好的磨削面形.方法 通过建立考虑弹性磨抛轮转速、硅片转速、偏心距等参数的弹性磨抛轮磨粒运动轨迹模型,结合单颗磨粒切削深度,提出了弹性磨抛轮加工硅片的材料去除非均匀性预测方法,建立了基于弹性磨抛轮磨削硅片的面形预测模型,并通过不同转速比下的磨削试验验证了预测模型的准确性.结果 面形预测模型仿真出的面形与弹性磨抛轮加工试验后的硅片面形一致,均呈"凸"形,且PV值随转速比的增大而增大.转速比为1 时,磨削后硅片面形PV值为0.54 μm,仿真模型计算出的PV值为0.49 μm,转速比为5时,磨削后硅片面形PV值为 2.12 μm,仿真模型计算出的PV值为2.38 μm.结论 磨削试验面形PV值与模型计算面形PV值的预测误差小于 13%,建立的面形预测模型能够成功预测硅片的面形规律,可以分析加工参数对硅片面形的影响规律.由面形预测模型分析可知,转速比对硅片面形精度有影响,且随着转速比的增加,硅片面形不断恶化,因此在实际加工中,应选择较小的转速比进行加工,以获得更优的硅片面形精度.

    磨抛轮硅片面形仿真磨粒切削深度去除均匀性磨削

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    金字塔砂带磨损状态的声信号GA-BP识别方法

    赵书东禹晓敏王文玺邹莱...
    28-38页
    查看更多>>摘要：目的 金字塔砂带连续磨损会引发钝峰、材料去除能力差和产热多等问题,为避免砂带磨损造成加工效率持续降低和工件表面质量逐渐恶化,需提高金字塔砂带磨损预测能力.方法 在配有声音采集系统的力控机器人磨削系统中对钛合金工件进行了砂带磨损试验;基于Archard模型建立了金字塔砂带磨损模型,并对金字塔砂带磨损程度进行量化;然后利用短时傅里叶和小波包分解分析、提取砂带磨损相关的声音特征;基于声音信号特征建立GA-BP模型,并对金字塔砂带磨损状态进行预测.结果 Kr与R0规律相近,随着磨削速度的增大而略微增大.对磨削声音进行小波包分解,DD2 频段的声音特征随磨削时间逐渐降低,相较于其他频段更具有规律性.提取DD2频段的声音信号特征建立GA-BP模型,并对金字塔砂带磨损状态进行预测.结果 表明,决定系数(R2)大于0.8,平均绝对误差(MAE)小于 0.04,平均偏差误差(MBE)在±0.002之间,均方误差(RMSE)小于 0.05.结论 随着砂带的磨损,金字塔尖锐的胞体开始磨平,单颗胞体的局部压力逐渐减小,材料去除能力减弱,产生的微振荡越来越弱,高频信号的声音特征逐渐下降.通过 DD2频段声音信号特征建立的GA-BP模型对金字塔砂带磨损状态进行预测,具有准确性和稳定性.

    机器人砂带磨削声信号Archard模型遗传算法优化BP神经网络

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    整体叶盘叶片加工补偿策略及实验研究

    李响巩亚东赵吉宾丁明祥...
    39-46页
    查看更多>>摘要：目的 降低航天发动机整体叶盘的加工误差,实现产品高精度化.方法 建立整体叶盘叶片加工变形量全局分布有限元模型,考虑补偿加工时刀具修正量与变形误差的耦合效应,采用多次迭代法计算叶片变形补偿量;提出反向重构几何模型补偿策略,利用补偿量对叶片几何轮廓进行重构,重新生成包含叶片变形误差信息的刀轨程序.通过某型号航空发动机整体叶盘叶片铣削加工实验和型面精度测量实验,对变形分布预测模型及所提出的反向重构模型补偿策略进行验证.结果 预测结果与实验结果有很好的吻合度,平均误差为 7.96%;新的补偿策略数据嵌入方式高效,可显著降低加工过程中产生的变形误差,将成品精度控制在设计的许用公差范围以内.结论 所提方法可以明显提高整体叶盘叶片铣削加工质量,可为后续磨削加工提供更高型面精度的叶片零件.

    有限元变形误差补偿策略整体叶盘叶片

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    微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究

    宫台祝锡晶傅迎泽李婧...
    47-52,87页
    查看更多>>摘要：目的 研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响.方法 建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型.使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律.结果 当空泡半径被压缩至 1 μm左右时,空泡内部压强可达 1 000 MPa.通过对距离空泡壁1.5R0处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需 0.07 μs就可从初始的1 000 MPa迅速衰减至80 MPa.通过比较纯水介质与混合介质(SiO2微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO2 微磨粒会使冲击波的最大速度由 2 976 m/s降至2 681 m/s,降低率约为 10%.通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果.对比分析了加入 SiO2 微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了 12.5%.结论 证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素.该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值.

    微磨粒冲击波SiO2超声空化空泡动力学Runge-Kutta

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    基于响应面法的钛合金Halbach阵列增强磁流变抛光工艺参数优化

    廖煜晖周宏明张泽林陈卓杰...
    53-64页
    查看更多>>摘要：目的 提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率.方法 用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性.通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布和磁场梯度.依照试验结果描述抛光剪切力、表面粗糙度与表面微观形貌随时间的变化规律.采用响应面法优化载液盘转速、磁铁转速和加工间距等 3 个工艺参数,建立剪切力和表面粗糙度的拟合方程数学预测模型,并对其中的不显著项进行优化.结果 在响应面交互作用分析中,工艺参数对剪切力的影响的大小顺序为加工间距、磁铁转速、载液盘转速;对表面粗糙度影响的大小顺序为载液盘转速、磁铁转速、加工间距.根据不同的需求,确定选定范围内的工艺参数组合,需要快速去除材料时,使剪切力趋于最大值的工艺参数组合为载液盘转速 227 r/min,磁铁转速 64 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为34.911 nm的光滑表面.抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为 0.812 N.需要最优表面质量时,使表面粗糙度值趋于最小值的工艺参数组合为载液盘转速300 r/min,磁铁转速150 r/min,加工间距 0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为 26.723 nm的光滑表面.抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为 0.796 N.结论 Halbach阵列拥有较高的磁场强度和富有空间变化的磁感线,能够使磁流变液中的磁链呈现出更多的姿态变化.根据响应面法优化后的剪切力和表面粗糙度预测模型,预测结果与验证试验结果相差很小,预测模型的准确度与可信度较高.

    磁流变抛光Halbach磁场阵列钛合金响应面法剪切力表面粗糙度

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    基于模板CAD模型的任意位姿注塑件抛光轨迹生成与重用方法研究

    陈乾宝吴雷林俊义江开勇...
    65-74页
    查看更多>>摘要：目的 提高注塑零件机器人抛光轨迹的生成效率和柔性.方法 以注塑件毛边抛光为对象,首先根据已知的模板CAD模型信息建立局部坐标系,并提取抛光特征线及抛光区域,通过等距截面法计算生成一系列加工轨迹点.为了提高抛光轨迹的生成效率,提出根据模型特征直接计算同类产品加工轨迹的方法,实现相似模型产品抛光轨迹的重用.然后,利用多线结构光技术快速测量当前位姿下的零件三维信息,通过三维点云匹配方法计算出任意当前位姿下的零件模型与模板CAD模型之间的转换关系.最后,结合手眼标定结果,计算出任意位姿零件的机器人抛光轨迹.结果 以注塑件毛边抛光为例,进行模拟仿真和实验验证,结果表明,文中提出的方法只需单次测量即可计算出待加工零件的抛光轨迹,避免了在线完整物体的重构,使得物体测量和轨迹计算效率得到显著提高.此外,通过点云匹配与手眼标定方法,可完成任意位姿零件抛光轨迹的计算.结论 文中提出的方法能够实现基于 CAD 模型的机器人抛光轨迹高效生成和重用,通过轨迹转换可实现任意位姿的轨迹计算,提高了机器人抛光轨迹生成的效率和柔性.

    机器人抛光轨迹轨迹生成轨迹重用任意位姿坐标转换

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    碳点在金属腐蚀防护领域的研究进展

    王金科吴尚浩陈质彬王悦...
    75-87页
    查看更多>>摘要：综述了碳点的合成路径、改性方法及其在腐蚀防护领域的应用,重点阐述了碳点作为缓蚀剂及其在自修复、自预警等智能防腐涂层方向应用的国内外最新研究进展.首先,分析和探讨了杂原子掺杂型、有机分子修饰型以及生物质衍生型碳点缓蚀剂的缓蚀机理、优势及不足.其次,介绍了基于碳点的本征和外援自修复涂层、腐蚀预警涂层的设计思路及自修复、自预警机制.最后,提出了碳点在缓蚀剂和智能防腐涂层中应用所存在的问题,并对其未来发展前景进行了讨论.未来应秉持绿色、高效理念,进一步优化碳点的制备工艺,深入研究其在缓蚀、涂层自修复及腐蚀预警中的关键作用,以期早日实现工业应用.

    碳点缓蚀剂涂层自修复自预警

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    新型钢抛光液中磨料的种类及其性能研究进展

    陈倚张偲淼屈蔚然郑书佳...
    88-100,122页
    查看更多>>摘要：磨料在抛光液中主要起机械作用,磨料的理化性质,如硬度、粒径、浓度等,是影响化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)性能的重要因素,对抛光效率有较大影响.针对我国抛光液对外依赖、需求量大,但精度等指标达不到市场要求等问题,同时由于磨料在抛光液的抛光性能中起着至关重要的作用,因此寻求效果更好的改性磨料或新型磨料材料,以促进化学机械抛光技术的发展势在必行.故此,归纳汇总近年来国内外研制出的新型钢抛光液,聚焦于抛光液磨料这一重要组分中不同物质的物化性质及其作用,对抛光性能(如材料去除率、表面粗糙度和光泽度等)的影响等,分类别阐述了不同物质的优劣势、复配协同作用以及在现有抛光液中的效果,为之后抛光液配方研究中磨料的选择提供参考.归纳总结发现,混合与复合磨料较单一磨料有较大的提升,稀土掺杂、核/壳结构等改进存在较大的研究价值,组分间的复配协同作用对抛光性能的提升有一定作用.最后,基于目前钢抛光液应用中存在的问题以及现有的具有前景的技术,对钢抛光液中磨料的发展进行了展望.

    化学机械抛光抛光液钢磨料抛光机理

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    用于柔性电子器件的有机/无机薄膜封装技术研究进展

    冯尔鹏董茂进韩仙虎蔡宇宏...
    101-112页
    查看更多>>摘要：有机/无机薄膜封装技术被广泛用于有机发光二极管(OLED)、量子点显示及有机光伏等领域,是一种新型的柔性封装技术.综述近年来有机/无机薄膜封装技术的发展趋势,首先概述了传统硬质盖板封装方式与薄膜封装方式的发展及其优缺点.其次,系统地总结了有机/无机薄膜的制备方法,如原子层沉积、等离子体化学气相沉积等,详细阐述了不同制备方法的原理及其应用.再次,讨论了薄膜的微观缺陷、内应力,以及材料界面工程对有机/无机薄膜封装性能的影响,分析总结了有机/无机封装薄膜制备的技术要点,如采用基底表面预处理、引入中性层、调节层间应力等方式获得优质的封装薄膜.最后,探究了有机/无机封装薄膜的内在阻隔机理,提出气体在有机/无机薄膜中的传输方式以努森扩散为主,并总结了提高薄膜封装的策略,即延长气体扩散路径、"主动"引入阻隔基团及薄膜表面改性.提出了未来薄膜封装技术面临的问题,拟为柔性电子器件封装技术的发展提供一定参考.

    柔性电子有机/无机薄膜封装界面内应力阻隔机制

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