|
項目名稱： 微納米切削加工基礎及相關技術
推薦單位： 教育部
項目簡介： 科學技術領域：切削理論
超精密加工精度和表面質量要求已達到納米尺度，因此研究超光滑表面形成機理、加工表面評價理論、金剛石刀具的刃磨機制及微納制造新工藝與新方法等是實現微納米切削加工的重要理論基礎。
該項目主要研究內容為：（1）采用分子動力學理論揭示了不同材料不同變形區域內的原子勢能變化規律，由此提出了刀具刃口"臨界鈍圓半徑"的概念，并獲得極薄切削厚度與刀具鈍園半徑間的定量關系，這個結論從理論上驗證了世界著名學者N. Ikawa的推測。（2）提出了超光滑表面形成機制及加工方法，并通過對各向異性等光學晶體材料的加工性能進行理論分析與計算，為這類光學晶體材料超光滑表面的獲得提供了最佳切削晶向，成功解決了激光核聚變裝置（國家重大科學工程）中光學晶體零件加工的技術難題。（3）提出了均方根斜率、均方根波長等表面粗糙度參數的譜矩算法，系統地建立了表面完整性評價與加工表面質量預報體系，這項研究成果被國際知名學者Siniawski M. T.及Stephen J.等人多次引用。（4）提出了金剛石晶體研磨氣-固、固-固表面機械化學作用機制。在國際上首先理論計算了金剛石刀具刃口極限鋒利度。提出了特殊的刀具刃磨新工藝，并刃磨出鋒利度為2-9nm的金剛石刀具，為微納米切削提供了技術保證。該項成果已成功應用于我國多種戰略、戰術武器型號關鍵零部件的制造中。（5）建立了基于掃描探針顯微鏡的微納米加工系統并進行了相關的理論與實驗研究，提出了掃描探針顯微鏡與自組裝技術相結合的加工新原理，開辟了微納復合系統制造的新工藝。該項成果發表在國際著名雜志《Ultramicroscopy》（IF：2.490）等上。
在國內外發表論文逾430 篇，其中在著名國際雜志上發表文章71 篇，大型國際會議發表40 余篇。SCI 收錄71 篇；EI 收錄176 篇；總計他引612 次，其中國際他引共152次，包括SCI 他引70 次，SCOPUS 數據庫他引82 次，CNKI 數據庫他引460 次。有多項國家自然科學基金被評為優秀。
主要發現點： （1）采用分子動力學理論揭示了不同材料不同變形區域內的原子勢能變化規律，由此提出了納米加工時刀具刃口"臨界鈍圓半徑"的概念，并獲得了納米加工時能否產生切屑的新判據，定量地驗證了極薄切削厚度與刀具鈍園半徑間的關系，并成功解決了激光核聚變裝置（國家重大科學工程）中靶的制造難題。（學科：切削理論。該發現點主要體現在代表性論文[5-6]、[8]等中）
（2）提出了多場耦合作用下超光滑表面形成機制及加工方法，并通過對各向異性功能晶體材料加工性能的理論分析與計算，為各向異性光學晶體等材料超光滑表面的獲得提供了最佳切削晶向，成功解決了激光核聚變裝置中光學晶體零件加工的技術難題。（學科：切削理論。該發現點主要體現在代表性論文[4]、[10]等中）
（3）提出了均方根斜率、均方根波長等表面粗糙度參數的譜矩算法，系統地建立了表面完整性評價與加工表面質量預報體系。（學科：切削理論。該發現點主要體現在代表性論文[2]、[9]等中）
（4）提出了金剛石晶體研磨氣-固、固-固表面機械化學作用機制，研究了刃口各向異性刃磨機理。在國際上首先理論計算了金剛石刀具刃口極限鋒利度，結果表明：前刀面為(110)晶面時，其刀具刃口的極限鋒利度可達到1-6nm，前刀面為(100)晶面時，其值可達到2-5nm。基于理論推導的結果，提出了特殊的刀具刃磨新工藝，并刃磨出鋒利度為2-9nm的金剛石刀具，為微納米切削提供了技術保證。（學科：切削理論。該發現點主要體現在代表性論文[3]等中）
（5）建立了基于掃描探針顯微鏡的微納米加工系統并進行了相關的理論與實驗研究，提出了掃描探針顯微鏡與自組裝技術相結合的加工新原理，開辟了微納復合系統制造的新工藝。（學科：切削理論。該發現點主要體現在代表性論文[1]、[7]等中）
主要完成人： 1. 梁迎春
本人是本項目的負責人，在發現點1 至5 上做出重要貢獻。
在微納米加工系統的建立與加工機理分析、AFM 與自組裝組合的新工藝、微納米切削加工理論研究及表面完整性評價技術等多方面成果突出。（本人在該研究中的工作量占本人工作量的70%）
2. 董申
在微納米切削加工基礎理論分析、表面質量完整性評價技術、基于AFM 微納米加工的理論研究、超低頻隔振原理及金剛石刀具的刃磨機理與技術等多方面成果突出。
（在主要發現點1、2、5上做出重要貢獻，本人在該研究中的工作量占本人工作量的60%）
3. 孫濤
在基于微探針與自組裝相結合的納米結構加工方法、基于AFM 機械刻劃的納米加工機理、基于AFM的微小結構納米測量機制及金剛石刀具的刃磨機理等多方面做出了重要成績。
（在主要發現點2、4上做出重要貢獻，本人在該研究中的工作量占本人工作量的50%）
4. 張飛虎
在多場耦合作用下超光滑表面的形成機理、磁流變拋光工藝、金剛石砂輪在線電解修整（ELID）工藝、非球曲面磨削加工工藝等多方面成果眾多。
（在主要發現點3上做出重要貢獻，本人在該研究中的工作量占本人工作量的40%）
5. 陳明君
在脆性材料微納米加工時的去除機制、非球曲面及復雜曲面插補算法與加工工藝、KDP 晶體的超光滑表面獲取機理及超低頻隔振技術等方面成果突出。
（在主要發現點3上做出重要貢獻，本人在該研究中的工作量占本人工作量的40%）
10篇代表性論文： 1. A Multi-Wall Carbon Nanotube (MWCNT) Relocation Technique for Atomic Force Microscopy (AFM) Samples. Ultramicroscopy. 103 (2005) : 103-108.
2. Evaluation of the root-mean-sguare Wavelength of machined 3D surface topography. Wear, 1999, 232(1) 76~83. (SCI249QB-index 4)
3. The Material Removal Mechanism in Mechanical Lapping of Diamond Cutting Tools. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2005, 45(7~8): 783~788.
4. Study of the ELID Grinding for Nano Ceramics, Key Engineering Materials, 2003, 257-258: 119-122.
5. 3D force components measurement in AFM scratching tests. Ultramicroscopy. 2005, 105, 62-71
6. Processing Technique of Target Capsules Micro Inflation Hole with the Scanning Probe. Science in China (Series E). 2004.47(1): 77~84 (SCI 773XQ)
7. Phase contrast imaging of SEBS triblock copolymer studied by carbon nanotubes probe. Ultramicroscopy. Vol.105, 2005:72-78.
8. Nontraditional manufacturing technique-Nano machining technique based on SPM. SCIENCE IN CHINA SERIES G-PHYSICS MECHANICS & ASTRONOMY Vol.47, 2004: 51-58
9. Evaluation of the anisotropg of machined 3d surface topography. Wear. 2000.2 (SCI 295AV-index 2 )
10. The critical conditions of brittle-ductile transition and the factors influencing the surface quality of brittle materials in ultra-precision grinding. Journal of Materials Processing Technology. 2005
|
