一种改进的 CVD 金刚石薄膜生长过程的原子级 3D 模拟方法

一种改进的 CVD 金刚石薄膜生长过程的原子级 3D 模拟方法

一、一种改进的CVD金刚石膜生长过程原子尺度三维仿真方法(论文文献综述)

李晓鹏[1](2020)在《微细电火花加工电极在线控形机理及关键技术研究》文中提出微细电火花加工技术因具有加工材料广泛和微尺度制造能力强大等特点,被认为是加工微深孔和三维复杂微结构件最具潜力的方法之一,广泛应用于军工国防、航空航天、信息产业以及生物医疗器械等关键零部件的加工。随着加工结构特征尺寸的减小,电极损耗及控制成为制约微细电火花加工技术工程化应用的关键问题之一。本文在国家自然科学基金(51005027)和辽宁省自然科学基金(201602030)的支持下,以实现微细电极控形为目标,采用实验、仿真和理论相结合的方法,从如下四个方面开展研究工作:首先,纳米复合镀层微细电极自控形技术研究。鉴于均质材料电极经常出现棱边损耗的现象,本文设计了放电端面为非均质环状结构的工具电极,借助工具电极的特殊结构减缓棱边损耗速度以期达到均匀损耗的目的。在尝试了多种制造工艺的基础上,最终利用超声复合电沉积工艺制备出非均质纳米复合镀层电极。微细电火花加工实验表明纳米复合镀层所具备的优异耐热性和弱导电性,能够提高电极侧壁的耐电蚀能力,改善了微细电火花加工质量。进一步地,通过调整制备工艺配方、参数和材料成分制备了不同组分、不同纳米微粒材料及复合量的复合镀层电极进行微细电火花加工实验,实验总结了电沉积工艺参数与所制备纳米复合镀层电极的耐电蚀性能之间的规律。纳米复合镀层电极提升了电火花加工质量,但镀层稳定性和可靠性稍显不足,有必要换一种思路进一步开展研究。其次,连续脉冲放电条件下放电区域变化过程研究。击穿放电所产生的材料蚀除是击穿放电用于机械加工成为电火花加工方法的原因,也是电极不均匀损耗的根源。为研究放电区域变化情况,本文基于粒子运动状态完善了放电通道击穿模型,提出了电规准尤其是峰值电流、放电持续时间和脉冲频率影响放电间隙中放电点出现在端面不同区域的概率,进而影响损耗后电极形状的假设,随后借助单因素和正交实验获得了不同条件下工具电极形状变化规律。实验表明,在所研究参数的范围内脉冲宽度、峰值电流在一定程度上决定了电极端面中心区域、棱边区域的材料蚀除效率,实验结果与上述假设相吻合。在此基础上,建立了放电蚀除区域划分理论,形成了均质工具电极在线控形技术的理论基础。再次,均质工具电极的电规准控形实验研究。为建立电规准和工具电极端面形状之间的对应关系,本文采用图像处理技术提取加工后电极和工件轮廓特征,应用非线性最小二乘法拟合不同电规准下微细电极端面形状变化的作用曲线。数据表明:单因素实验条件下,随着峰值电流的增加,微细电极角损耗迅速增大而内凹状消失;仅改变脉冲宽度时,电极端面内凹状变化明显而角损耗基本不发生变化。因此,在忽略加工效率的情况下,通过大规模的实验数据可以掌握电规准与工具电极形状之间的工艺数据库,满足生产需要。此外实验中还发现,抬刀周期及抬刀速度的改变对工具电极端面内凹形状几乎没有影响,而工程中的抬刀动作是因放电间隙中放电状态较差引起的,因此有必要对电蚀产物在工具电极形状变化的作用开展研究。最后,电蚀产物对电极控形的影响机制研究。除电规准外,有人认为电蚀产物分布及浓度会影响工具电极形状,为了准确验证电蚀产物分布及浓度与工具电极形状变化的关系,本文设计了一种间接实现电蚀产物浓度可调的开放状态微细电火花加工实验方法,实验分析了不同放电面积条件下工具电极形状变化和工件底部材料的组成,排除了电蚀产物对工具电极形状的影响。进一步验证了放电蚀除区域划分理论的正确性。工具电极控形理论和实验研究一方面直接提升微细电火花加工质量,另一方面消除因工具电极形状变化带来的补偿难度,简化编程要求,对高效高质微细电火花加工技术的工程化应用具有重要理论价值和借鉴意义。

张立帷[2](2020)在《基于气体循环的拉丝模金刚石涂层制备及工艺研究》文中提出拉丝模具是金属线材拉拔加工的关键工具,CVD金刚石具有硬度高,耐磨性好的特点,在模具内孔表面沉积CVD金刚石涂层,可以显着提高拉丝模的寿命和质量。传统HFCVD沉积金刚石膜的过程中会造成大量反应气体的浪费,并且涂层沉积速率较低。本课题以降低生产成本,提高生产效率为目的,为原有设备设计气体循环系统,通过仿真和实验验证改进方案的可行性,并对气体循环条件下小批量制备展开探索,最后优化了拉丝模抛光的工艺路线,为拉丝模金刚石涂层的高效制备提供完整的加工方案。本文主要内容及成果如下:(1)对传统HFCVD沉积设备进行改造,设计了气体循环系统,对气路元件进行选型,改进了反应室基底台沉积结构,创新性提出循环气路碳源气体补充量的计算方法,最终对原有设备改造成功。(2)建立不同的拉丝模沉积仿真模型,通过对比常规结构与气体循环改进后结构的模具附近区域气体流场分布,证明了拉丝模竖置时采用双进气口,基底台开孔的结构可以有效提高气体流经拉丝模内孔的流速和均匀性。并讨论了不同工艺参数(进气速度Vin、进气口高度Hin和模具间距L)对小批量沉积实验时流场分布均匀性的影响。(3)利用仿真得到的优化工艺参数进行实验,通过对照实验验证了称重法计算气体循环时碳源气体补充量的可行性;并对拉丝模内孔五个区域涂层进行表征分析,良好的涂层质量验证了仿真优化的合理性;通过对比实验探究气体循环工艺制备金刚石膜的沉积速率变化规律,结果表明改进后的设备涂层沉积速率大大提高,沉积时间越长,生长速率越快。(4)采用固结磨料线抛光技术对气体循环工艺制备的拉丝模进行抛光,针对平均厚度为20μm的金刚石涂层,先用800#金刚石线进行0.5h粗抛,后采用1600#金刚石线进行1.5h精抛,最终得到表面粗糙度Ra为0.092μm的金刚石膜。

舒程路[3](2020)在《小孔径拉丝模具CVD金刚石涂层的制备与工艺研究》文中研究说明通过热丝化学气相沉积法将金刚石沉积到YG6硬质合金拉拔模具内孔表面,能够极大地提高拉拔模具的耐磨性能和使用寿命。然而由于内孔温度场分布等工艺条件限制,CVD金刚石涂层仅在孔径3mm以上的拉拔模具中实现广泛地应用。本文将仿真与实验相结合,探索在孔径为1.2mm的硬质合金拉丝模具内孔制备金刚石涂层的工艺方法。主要研究内容及成果如下:(1)根据实际沉积过程建立三维仿真模型,采用Comsol Multiphysics仿真软件对三种热丝排布方式下模具温度场进行讨论,两侧交叉布丝法能够得到更加均匀的内孔温度分布。以两根热丝直径和热丝与模具间距为因子,设计L9(34)正交仿真实验对热丝工艺参数进行仿真优化。(2)采用仿真优化后的两侧交叉布丝法工艺参数,进行小孔径拉丝模具内孔金刚石涂层制备实验,并用热电阻测温以验证仿真效果。结果表明:仿真误差为1.25%,仿真对实验有一定指导作用。在模具内孔检测到金刚石成分,均匀地内孔温度分布使模具三个关键区域的金刚石涂层厚度趋于一致。(3)为进一步提高金刚石涂层质量和厚度,在两侧交叉布丝法的基础上引入模具直流负偏压,选取-50V、-100V和-150V三种偏压大小进行单因素实验。随着偏压的增大,金刚石涂层非晶碳含量下降,(100)晶面更加显着,晶粒尺寸与涂层厚度也随之增大,涂层与衬底结合强度更高。对比三组实验结果得到最优偏压参数为-150V。(4)采用固结磨料线抛光对未施加偏压和施加负偏压-150V的金刚石涂层拉丝模具进行抛光。抛光过程中未施加偏压的模具金刚石涂层发生脱落,采用偏压增强热丝CVD制备的金刚石涂层与模具结合力较好。再用游离磨料对后者进行半精抛,最终金刚石涂层表面粗糙度Ra为0.1μm,达到模具线材拉制的要求。

蒋正[4](2019)在《钛合金及其DLC镀层的摩擦电化学抛光特性研究》文中研究说明TC4钛合金是目前应用最多的医用钛合金材料,其具有突出的特点:低密度(高强度系数)、低模量、抗腐蚀和较好的生物相容性。而钛合金由于其本身的材料学特性,硬度较低且在摩擦过程中很容易在接触点发生黏着现象,摩擦学性能较差,也导致这种材料在进行化学机械抛光过程中容易产生粘附现象,抛光难度高,难以获得高质量抛光表面。针对以上问题首先对TC4钛合金表面进行DLC镀膜改性处理,对比研究TC4钛合金在表面改性前后的摩擦特性、电化学腐蚀特性和抛光特性的变化情况。首先是对抛光流场进行仿真分析,采用Gambit建立二维流场模型,使用fluent软件进行流场模拟,分析超声空化、超声振动频率、超声振动振幅和试件下方抛光液膜厚等因素对流场绝对压强、流速和气含率这几个流场性能参数的影响规律。由仿真结果分析得出:空化作用主要集中在试件下表面,空化作用使得试件表面流场的绝对压强、速度和气含率等参数均匀分布,获得较好的流场性能;超声振动频率和振幅的增大能够使机械去除作用增强,应根据实际抛光情况合理选择超声振动频率和振幅;试件下方抛光液膜厚最好能够大于1mm,这样才能充分发挥超声空化的作用,使试件表面流场性能保持一致,得到比较好的流场性能,提高试件表面抛光质量。接着建立三维仿真模型进行仿真,对实验结果进行验证,证明得到的仿真结果是可靠的。然后采用偏压调控笼形空心阴极放电的方法在TC4试件表面进行DLC镀膜实验,并对DLC膜进行表面形貌、膜厚、硬度和膜基结合力等测试,得出DLC镀层能够大幅提高TC4基体的硬度;DLC膜的膜基结合强度处于HF3和HF4之间,在可接受级别范围内。之后对DLC镀膜前后的TC4试件进行摩擦磨损和电化学实验,发现在干摩擦、水润滑和油润滑三种摩擦条件下DLC镀层都体现出了非常优异的减磨性,也能对对磨件起到很好的保护作用,DLC镀层能够大幅提高TC4基体的摩擦特性;另外,DLC镀层能够大幅提升TC4基体的耐腐蚀性能。最后对DLC镀膜前后的TC4试件进行抛光实验,采用超声振动电化学机械抛光试验机分别对抛光垫、磨粒、抛光液、抛光压力、抛光电压和超声振动等抛光参数进行了实验,研究这些抛光参数对材料去除率、表面质量的影响情况,最后得到对应的最优抛光参数。实验发现对TC4试件进行表面DLC镀膜处理可以提高抛光特性,更容易得到高质量的抛光表面。

项俊锋[5](2018)在《强非连续性SiCp/Al复合材料动态力学行为与切削性能研究》文中研究说明材料动态本构模型和数据是面向高端制造的先进数据库的有机组成部分,现代加工技术以高速、高精度以及新型难加工材料为典型特征,尤其随着以第三代高强钢为代表的高强度钢、超高强度钢和以碳化硅增强的铝基复合材料(SiCp/Al)为代表的高比强复合材料等先进的新型难加工材料的广泛应用,这些材料在高速精密加工中的切削力学、表面质量和刀具磨损有待深入研究。材料去除过程伴随着大应变、高应变率和高温条件下的极端变形,结合材料的动态力学特性研究深入探索切削机理对于实现新型难加工材料高速高精度加工技术和推进先进加工理论和技术的发展极为重要。本论文将针对航空航天、汽车等关键行业中用于制造关重件的SiCp/Al复合材料这类典型难加工材料开展以下研究:面向高速切削的本构模型材料参数确定、基于相关性集成的非连续唯象本构建模、基于真实微观结构的SiCp/Al复合材料多尺度力学行为研究、强非连续性SiCp/Al复合材料高速铣削与钻削性能研究、SiCp/Al复合材料切削刀具磨损机理研究。论文主要研究内容如下:1.提出了面向高速切削的的本构模型材料参数确定的多目标优化方法,以解决传统的本构模型材料参数确定方法试验成本大、精度低,以及高应变率下较差信噪比引起的数据波动性等问题。本方法以复合材料准静态和动态力学试验数据为对象,建立不同加载条件下基于测量误差加权的多目标优化函数,结合Levenberg-Nielsen算法,反向拟合Al6063/SiCp/65p复合材料本构模型参数,实现其本构模型的快速、准确确定。并通过小孔钻削切削力、切屑形貌的试验与模拟结果对比,验证了基于测量误差加权的本构模型参数确定多目标优化方法的可靠性。2.提出了一种基于相关性集成的唯象本构建模方法,结合多权重的本构模型材料参数确定的多目标优化方法,并考虑塑性变形过程中应变率变化和温度补偿,根据拟合质量准则确定其本构模型基本形式及其材料参数,降低相同材料本构开发的不确定性和非统一性。针对SiCp/Al6061复合材料建立了含有压缩损伤演化的塑性本构模型,通过本构模型材料子程序的开发,应用于Al6061/SiCp/30p复合材料的二维车削仿真中。通过对比多种切削速度下切屑形态和切削力的仿真和试验结果,验证了基于相关性集成的本构建模方法建立的Al6061/SiCp/30p复合材料本构模型的有效性和可靠性。3.建立起一个从离散原子尺度到连续介质尺度的分层多尺度细观力学模型,以逆向确定强非连续性SiCp/Al复合材料微观结构和本构性质间的关系。为此,基于数字图像分析技术,并结合微观结构图像像素-有限元网格映射方法实现了SiCp/Al复合材料真实微观结构的有限元建模;通过分子动力学模拟研究了不同温度下SiCp/Al复合材料I型拉伸裂纹和II型剪切裂纹形成的界面力学行为,确定了用于表征其界面脱粘的界面应力-张开位移的内聚力模型;基于Taylor非局部塑性理论分别考虑材料制备淬火过程中由热错配和塑性变形过程中由模量错配引起的Al基体流动强化。动态力学试验和细观力学模拟的应力-应变曲线对比表明,基于SiCp/Al复合材料真实微观结构的分层多尺度细观力学模型能准确预测SiCp/Al复合材料的动态力学行为。在此基础上,开展了不同应变率下的微观损伤演化研究为SiCp/Al复合材料高速切削加工表面形成的非协调机制起主导作用的理论分析奠定了基础。4.开展了Al6063/SiCp/65p复合材料的高速铣削和钻削试验和仿真研究以及理论分析。根据铣削工艺参数和刀具几何参数,结合Armarego经典斜交切削力模型和Waldort滑移线场模型,并引入了材料塑性本构模型建立了高速铣削SiCp/Al复合材料切削力预测模型。本文认为,高速铣削参数对加工表面形成和亚表面损伤的影响源于静水压力变换、SiC颗粒去除方式的改变、高应变率引起的应变和损伤的局域化以及几何变形的非协调性。相比于PCD钎焊钻头,CVD金刚石涂层钻头的切削力稳定、磨损较轻、钻孔质量稳定,更适合用于强非连续性SiCp/Al复合材料的钻削。结合钻削有限元仿真,从断裂力学角度分析了孔棱边缺陷形成的主要机制。5.研究了切削含1.51wt%Cu的Al6063/SiCp/65p复合材料金刚石刀具的主要磨损机制。SiC颗粒高频划擦引起的磨粒磨损和切削诱导的金刚石石墨化磨损为PCD钎焊钻头和CVD金刚石涂层钻头主要共同的磨损形式。切削SiCp/Al复合材料时金刚石刀具石墨化机理为:在Cu催化反应和切削诱导高温压力条件下,金刚石表面化学吸附氢发生解吸附反应并在金刚石表面形成石墨薄层,以及随后由于硬质SiC颗粒的高频刮擦和冲击导致新形成的石墨薄层很快被刮掉,从而导致金刚石石墨化的持续发生。在Cu催化作用下,温度高于500 oC和压力低于15 GPa是切削Al6063/SiCp/65p复合材料时金刚石石墨化转变的先决条件。基于金刚石刀具的主要磨损机制,提出了一个耦合磨粒磨损-金刚石石墨化磨损的磨损率模型,并开发了相应的刀具磨损率子程序,结合三维热力耦合的钻削有限元模型,有效预测了PCD钻头和CVD金刚石涂层钻头钻削Al6063/SiCp/65p复合材料时的刀具磨损演变过程。

丁超越[6](2017)在《不穿丝工艺制备拉拔模具内孔金刚石涂层的仿真及实验研究》文中指出拉拔模具是金属拉拔加工的关键工具,其内孔表面的耐磨减摩性能直接决定了模具的磨损情况和寿命,并进一步影响产品的生产效率和表面质量。使用热丝化学气相沉积(Hot Filament Chemical Vapor Deposition,HFCVD)技术在模具内孔表面沉积金刚石涂层,可以显着降低模具内孔表面的磨损率和摩擦系数,大幅提高模具寿命和生产效率,改善产品加工质量。然而,当前拉拔模具内孔金刚石涂层的产业化制备中普遍采用热丝穿孔的沉积工艺(简称:穿丝工艺),其适用范围较窄,在小孔径(内径Φ≤3mm)拉拔模具上无法应用,并且在大孔径拉拔模具(内径Φ≥20mm)上应用时难以实现大批量制备;此外,随着批量化生产的发展,设备中模具容量增多,各模具内孔表面温度场分布的差异性增加,进一步影响各处金刚石涂层生长速率和沉积质量,也严重制约拉拔模具内孔金刚石涂层技术的标准化、产业化应用。本文提出双层热丝布局的不穿丝工艺,以解决热丝化学气相沉积金刚石涂层在小孔径拉拔模具内孔无法沉积和大孔径拉拔模具内孔批量化制备效率低的问题。围绕金刚石涂层在拉拔模具内孔应用的探究方法,即拉拔模具内孔沉积金刚石薄膜的关键影响因素分析、温度场分布仿真及参数优化、制备表征及应用摩擦磨损实验等,主要完成了以下研究内容:1.不穿丝工艺制备拉拔模具内孔金刚石涂层的关键影响因素分析和可行性验证。针对不穿丝工艺应用过程中更为复杂的物理场和沉积环境,分别从沉积机理、气相环境、热丝辐射的角度出发,探究不穿丝工艺的关键影响因素。研究结果表明,不同沉积环境下,热丝对衬底的辐射是影响衬底表面活性基团和温度场分布的根本原因。通过数值计算考察了不穿丝工艺中热丝对内孔表面周向的辐射值差异,证明对于不同的热丝直径rf、内孔孔径sr、热丝中心线与内孔考察平面距离H,内孔不同角度处辐射强度的差异最大只有约1%,能满足内孔圆度的要求。通过实验研究不穿丝工艺拉拔模具内孔的薄膜沉积深度,证明将内孔的深度控制在4倍孔径以内可以实现内孔全区域的金刚石薄膜沉积,并以此对小孔径拉丝模的孔型进行了合理设计。2.不穿丝工艺制备拉拔模具内孔金刚石涂层的温度场仿真模型建立与验证。分别针对小孔径拉丝模和大孔径拉管模涂层批量化制备过程,建立与实际沉积系统契合度很高的三维仿真模型,使用Fluent软件进行温度场仿真,选取考察点进行测温对比。结果表明,考察点仿真温度与实际温度测量值误差在4%以内,变化趋势非常吻合,温度场仿真具有指导意义和准确性。3.小孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备温度场仿真与实验分析。针对单件和批量化小孔径模具内孔涂层制备过程,分别采用正交实验法和控制变量法,对影响衬底温度场的热丝参数和其他沉积参数进行了仿真优化,仿真优化参数为:下层热丝与基体间距S1=5mm,上层热丝与基体间距S2=4.5mm,下层热丝直径D1=0.3mm,上层热丝直径D2=0.4mm,各排模具间距L=35mm,排间模具间距D=20mm,夹具材料选为红铜,冷却水流量Q=35mL·s-1。使用优化参数组合进行小孔径拉丝模内孔HFCVD金刚石涂层沉积实验并进行金刚石薄膜的表征,使用内孔线抛光机对金刚石涂层模具进行应用摩擦磨损试验,结果表明,在小孔径拉丝模内孔制备了质量较高且均匀性良好,同时具有较好的耐磨性和较高的附着力的金刚石涂层。4.大孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备温度场仿真与实验分析。针对大孔径模具内孔涂层制备进行温度场仿真优化,热丝排布方式优化为:上下各三根热丝;使用正交实验法将单件模具热丝参数优化为:下层热丝直径D1=0.4mm,上层热丝直径D2=0.4mm,下层热丝间距L1=7.5mm,上层热丝间距L2=8mm,下层热丝与基体间距S1=7mm,上层热丝与基体间距S2=5mm;使用控制变量法将大批量模具沉积参数优化为:排间模具间距D=65mm,各排模具间隔L=65mm,夹具材料选为红铜,冷却水流量Q=35mL·s-1。使用优化参数组合进行大孔径拉管模内孔HFCVD金刚石涂层沉积实验并对制备的金刚石涂层进行表征,使用内孔点抛光机对涂层模具进行应用摩擦磨损试验,结果表明,单件和大批量大孔径模具内孔沉积了连续均匀且致密,同时具有极好的耐磨性和较高的附着力的金刚石薄膜。

雷学林[7](2015)在《微细刀具表面金刚石涂层的制备及其应用基础研究》文中研究指明微细零部件系统是微小尺度范围内综合机、电、液等技术而形成的高新技术产品,广泛应用在绿色能源、信息电子、航空航天、工业生产和仪器仪表等产业领域。微细切削是一种在介观尺度直接对工件进行切削去除的加工技术,具有卓越的三维加工能力、加工材料的普适性、加工效率和加工成本方面的综合优势,是微细零部件加工技术体系的重要组成部分。在微细切削过程中,由于刀具与工件间极高的切削速度会带来的二者间剧烈机械摩擦,这对微细刀具的耐磨损性能和抗工件粘附性能提出了比传统刀具更高的要求。普通硬质合金微细刀具在高速微细切削过程中,磨损严重、易折断、易粘附工件材料、效率低且消耗大。因此,微细切削行业迫切需要研究耐磨损性能更好、工作寿命更长的新型微细刀具来满足行业的发展需求。化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强、表面化学惰性高,以及与许多工程材料间弱粘附性等优异的机械及摩擦学性能。由于热丝化学气相沉积(Hot Filament CVD,HFCVD)法制备金刚石薄膜具有设备简单易控、沉积效率高、加工成本低、基体形状不受限制等优点,现已成为刀具金刚石涂层的主要方法之一。因而,采用HFCVD法在微细刀具上涂覆金刚石薄膜能有效延缓切削刃的磨损失效,提升微细刀具耐用度,或许能成为突破微细切削发展技术瓶颈的有效手段。本文以HFCVD法为基础,致力于解决高性能CVD金刚石涂层微细刀具制备及其应用过程中的四个关键技术问题,即:CVD金刚石薄膜的制备及其耐磨损性能研究、批量化制备金刚石涂层微细刀具的温度场仿真优化、高性能金刚石涂层微细刀具的制备工艺优化以及适应石墨、印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)和7075铝合金专属加工特性的高性能金刚石涂层微细刀具的开发与应用。主要工作概括为如下几点:1.CVD金刚石薄膜的制备及其耐磨损性能研究。CVD金刚石薄膜的基础特性直接影响其在微细刀具上的切削应用性能。本部分围绕微米金刚石(Micro Crystalline Diamond,MCD)和纳米金刚石(Nano Crystalline Diamond,NCD)两种典型的CVD金刚石薄膜,对比研究了在硬质合金基体上二者微观形貌、表面粗糙度、晶粒取向、金刚石纯度及其与基体附着强度的差异,并进一步提出了通过mcd薄膜和ncd薄膜对磨来定量对比二者耐磨损性能的新方法。实验结果揭示:金刚石薄膜互磨时主要的磨损机理为薄膜的自抛光机理引起的磨粒磨损效应。在对磨条件相同时,ncd薄膜的磨损率约为mcd薄膜的2倍,主要原因是mcd薄膜中硬度较高的mcd颗粒凸起较易插入ncd薄膜中,进而导致ncd薄膜被快速刮落和磨损。mcd、ncd薄膜的对磨实验显示,mcd薄膜的耐磨损性能优于ncd薄膜。2.批量化制备金刚石涂层微细刀具的温度场仿真研究。介于基体温度会显着影响金刚石薄膜的质量的沉积机理,本部分利用计算流体动力学仿真软件,探讨了不同热丝排布方式对基体表面温度分布的影响。对于批量化微细刀具的温度场仿真,首先采用测温实验验证了复杂三维仿真模型建立与参数设置的正确性;进而采用正交试验方法研究了热丝的直径d、高度h、间距d和长度l等热丝排布参数对微细刀具基体表面温度场分布的影响,并获得了热丝优化排布方案(d=0.65mm,h=12mm,d=27mm,l=160mm)。该热丝排布方案对应的刀具温度场分布均匀,不同位置微细刀具薄膜沉积区域温度波动范围极小。实际薄膜沉积实验显示,采用优化的热丝排布方式可批量化获得金刚石薄膜颗粒尺寸和厚度相近的cvd金刚石涂层微细刀具。3.高性能cvd金刚石涂层微细刀具的制备工艺优化研究。为制备断裂强度高、薄膜均匀一致性好、膜-基附着强度高的高性能cvd金刚石涂层微细刀具,本部分从预处理和沉积工艺两方面入手,对金刚石涂层微细刀具的制备过程进行了优化。首先,通过静载微细刀具压断实验,发现只预处理刀具切削部分可显着减轻预处理对微细刀具断裂强度的弱化作用。其次,通过基体表面形貌、元素组成分析和压痕实验获得了可对刀具基体表面进行有效粗化和去钴的碱处理(10分钟)和酸处理时间(10秒)。随后,通过形核反应气压、基体温度和碳源浓度对金刚石薄膜形核密度、生长速率及均匀性影响规律的研究,确定了优化的形核反应气压(1.6kpa)、基体温度(850oc)和碳源氢气流量比(1:2.75)。在此基础上,针对掺硼金刚石(borondopeddiamond,bdd)薄膜在沉积过程中可阻止基体钴元素高温溢出但耐磨性不及mcd薄膜的特点,提出了bdd+mcd复合金刚石薄膜新工艺。石墨切削实验显示,bdd+mcd复合涂层微细钻头的钻削寿命约为mcd或bdd涂层微细刀具工作寿命的2-3倍。4.石墨加工用高性能cvd金刚石涂层微细刀具的开发与应用研究。本部分主要从涂层类型和厚度两方面优化了石墨加工专用cvd金刚石涂层微细刀具的切削性能。石墨与MCD、NCD薄膜以及硬质合金的对磨试验显示,MCD薄膜具有更高的石墨去除率。切削石墨实验显示MCD涂层微细刀具的工作寿命分别为NCD、DLC、TiAl N涂层以及未涂层微细刀具工作寿命的1.5、2、6和9倍。通过对平片上不同厚度MCD薄膜的检测分析发现,随着厚度的增加,MCD薄膜表面金刚石纯度和硬度逐渐提高,表层残余压应力逐渐减小,薄膜附着强度逐渐降低。不同厚度MCD涂层微细刀具的石墨切削实验显示,当MCD涂层厚度为2.5μm时,微细刀具的工作寿命最长,且实验过程中其钻孔孔壁清晰无破损。该厚度MCD薄膜集合了高耐磨性和与基体间高附着强度两方面的优势,因而其表现出最优的石墨切削性能。5.PCB板加工用CVD金刚石涂层微细刀具的优化制备研究。本部分首先研究了MCD、NCD薄膜和硬质合金与PCB板间的摩擦磨损性能并发现NCD薄膜与PCB板间摩擦系数最小(0.35)。MCD、NCD、DLC和TiAlN薄膜涂层微细钻头钻削PCB板的实验显示基于NCD薄膜兼具耐磨和与PCB板摩擦系数低两方面的优点,NCD涂层微钻的工作寿命最长。在优化的薄膜类型基础上,分别在PCB微钻上沉积了不同厚度的NCD薄膜。结合钻孔形貌、钻削力和刀具磨损情况分析可知:当NCD涂层为3μm时,微钻钻孔数最多,其工作寿命约为未涂层PCB板微钻的5-7倍。6.铝合金加工用CVD金刚石涂层微细刀具的开发与应用研究。针对7075铝合金粘着性好且硬度较高的加工特点,本部分首先采用摩擦实验研究了CVD金刚石薄膜及硬质合金与铝合金间的摩擦磨损特性,发现了NCD薄膜与铝合金对磨时摩擦系数和磨损率均明显低于MCD薄膜和硬质合金的特性,揭示了其主要原因为NCD薄膜良好的耐磨损性能,及其与铝合金间较高的化学惰性和低粘附强度。随后,MCD、NCD、DLC、TiAlN涂层和未涂层微细钻头钻削铝合金的实验显示,NCD涂层微细刀具的工作寿命最长。其原因在于,钻削过程中,NCD涂层微钻的切削刃保持完整,平均进给力一直处于较低水平,钻孔孔壁清晰且具有很高的圆度。基于优化的薄膜类型,不同厚度NCD涂层微细刀具切削实验显示,当NCD涂层厚度为4.5μm时最为合理,既不太厚以致影响切削刃锋利性;同时也能有效地保护切削刃。此时,微钻的工作寿命为未涂层微钻的4.5倍,且明显高于其他厚度的NCD涂层微细钻头。高性能CVD金刚石涂层微细刀具的成功研制与应用,有效拓展了CVD金刚石薄膜的应用领域、提高了石墨、PCB板和铝合金零件的生产效率,降低了相应产品的制造成本;同时也为实现传统硬质合金微细刀具行业的技术升级提供了有力的技术保障。

王新昶[8](2015)在《高性能金刚石薄膜的制备、摩擦学性能及其在内孔表面的应用研究》文中认为机械、化工等领域中许多耐磨减摩器件的工作表面为内孔表面,比如拉拔模具、喷嘴和阀门等工具和器件,在应用过程中其内孔表面的磨损非常严重,寿命短,损耗大,严重制约了生产效率和产品质量的提高,难以保障长期运行过程中关键装备的工作稳定性和可靠性,一种创新技术就是在耐磨减摩器件内孔表面采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)技术沉积高性能金刚石薄膜,这对于大幅度延长耐磨减摩器件的使用寿命,显着提高生产效率和改善相关产品的质量,满足极端工况下关键装备高可靠性和长寿命方面的要求,具有十分重要的意义,必将有力促进相关领域技术瓶颈的突破,取得显着的社会经济效益。然而,相对于外表面,内孔金刚石薄膜涂层技术具有特殊性,在内孔表面尤其是小孔径、超大孔径和复杂形状内孔表面沉积金刚石薄膜的工艺难以实现;此外,现有常规金刚石薄膜膜基结合力低、表面粗糙度高等问题也严重制约了内孔金刚石薄膜涂层技术的产业化应用。本文采用适用于产业化内孔金刚石薄膜沉积的热丝CVD(Hot filament CVD,简称HFCVD)方法,围绕金刚石薄膜在内孔应用的关键技术,即针对不同类型内孔应用制备具有针对性的高性能金刚石薄膜、高性能金刚石薄膜的摩擦学性能、内孔沉积金刚石薄膜的温度场和气场分布、金刚石薄膜在不同类型内孔表面的制备及产业化应用等,主要完成了以下研究工作:1.高性能HFCVD金刚石薄膜的制备及性能表征。选用甲烷、丙酮、甲醇、乙醇四种碳源,探讨了碳源对常规微米金刚石(Micro-crystalline diamond,简称MCD)薄膜制备及性能表征的影响规律及机理,研究结果表明,采用甲烷可以提高薄膜质量,采用丙酮可以获得较高的形核密度、形核尺寸及生长速率,同时保证较好的薄膜质量;在上述研究基础上,选用丙酮碳源开发了两类基于无毒硼掺杂的复合金刚石薄膜制备新技术,其中硼掺杂-常规微米复合金刚石(Boron doped and undoped micro-crystalline compositediamond,简称bd-ucd)薄膜具有优异的附着性能和极高的表面硬度,其表面纳米硬度达到了84.354gpa,而硼掺杂-常规微米-细晶粒复合金刚石(borondoped,undopedmicro-crystallineandfinegrainedcompositediamond,简称bd-um-fgcd)薄膜则具有优异的附着性能、较低的表面粗糙度(ra值约为104.71nm)和良好的表面可抛光性,此外其表面纳米硬度也达到了72.657gpa。2.面向内孔应用的hfcvd金刚石薄膜的冲蚀磨损性能及机理研究。采用气动颗粒冲蚀磨损试验机,系统研究了金刚石薄膜的冲蚀磨损性能,并结合赫兹碰撞等理论对其冲蚀磨损机理进行了深入分析。基体对金刚石薄膜冲蚀磨损性能的影响取决于薄膜和不同基体材料间附着性能的差异;在一定的薄膜厚度范围内,mcd和硼掺杂金刚石(boron-dopeddiamond,简称bdd)薄膜的冲蚀磨损性能表现出随薄膜厚度单调递增的趋势,但是当薄膜厚度过大时,mcd薄膜非常容易脱落,此外,当薄膜厚度接近最大剪应力深度时,薄膜冲蚀磨损性能也会显着下降。对比研究结果表明,相比mcd薄膜,硼掺杂可有效改善薄膜的冲蚀磨损性能;细晶粒金刚石(finegraineddiamond,fgd)薄膜冲蚀磨损性能最差;由于底层硼掺杂的作用,bd-um-fgcd复合薄膜具有较好的冲蚀磨损性能;bd-ucd复合薄膜则具有最佳的冲蚀磨损性能。当冲蚀速度ve=160m/s,冲蚀角度αe=30°时,mcd薄膜的稳态冲蚀磨损率为0.71mg/kg,冲蚀磨损寿命为110min,bdd薄膜的稳态冲蚀磨损率为0.62mg/kg,冲蚀磨损寿命显着提高到215min,fgd薄膜的稳态冲蚀磨损率为0.74mg/kg,冲蚀磨损寿命仅有95min,bd-ucd复合薄膜的稳态冲蚀磨损率降低到0.57mg/kg,冲蚀磨损寿命显着提高到220min,bd-um-fgcd复合薄膜的稳态冲蚀磨损率为0.74mg/kg,冲蚀磨损寿命显着提高到205min。从碳源角度分析,采用甲烷沉积的金刚石薄膜具有较高的纯度和较少的缺陷,因此表现出较好的冲蚀磨损性能。3.面向内孔应用的hfcvd金刚石薄膜的摩擦磨损性能及机理研究。分别采用球盘旋转式标准摩擦磨损试验机以及基于内孔线抛光机设计的新型磨损试验方法,系统研究了不同金刚石薄膜在标准试验条件下的摩擦磨损性能(标准摩擦磨损性能)及其在模拟应用的试验条件下的摩擦磨损性能(应用摩擦磨损性能)。对比研究结果表明:与mcd薄膜相比,硼掺杂可显着改善金刚石薄膜的应用摩擦磨损性能,提高薄膜在应用摩擦磨损试验条件下的寿命;fgd薄膜在应用摩擦磨损试验条件下的寿命极短,但是表现出非常优异的标准摩擦磨损性能,与铜、铝、不锈钢、低碳钢、高碳钢对摩的摩擦系数均明显小于具有微米颗粒的金刚石薄膜;bd-um-fgcd复合薄膜同时具有较好的标准及应用摩擦磨损性能,与常用金属材料对摩的摩擦系数接近fgd薄膜,而在应用摩擦磨损试验条件下的寿命相比于mcd和fgd薄膜均有明显提高;bd-ucd复合薄膜在应用摩擦磨损试验条件下同样具有较高的寿命,但是标准摩擦磨损性能较差,与常用金属材料对摩的摩擦系数接近mcd薄膜。从碳源角度分析,采用甲烷沉积的金刚石薄膜在标准摩擦磨损和应用磨损试验条件下均具有相对较好的摩擦磨损性能。在该部分研究中还结合应用磨损试验,采用正交方法探讨了关键沉积参数对甲烷环境下圆形内孔表面非掺杂金刚石薄膜综合性能的影响,并提出优化目标因子的概念,建立了一种综合考虑内孔金刚石薄膜沉积效率、性能表征和摩擦学性能,适用于各类内孔表面不同类型金刚石薄膜沉积参数优化的正交试验方法。4.内孔沉积hfcvd金刚石薄膜的物理场分布研究。基于有限容积方法(finitevolumemethod,简称fvm),综合考虑了内孔沉积hfcvd金刚石薄膜过程中的热传导、热对流及热辐射三种热传递作用,建立了与试验条件非常接近的热流耦合仿真模型,系统研究了沉积参数、支承冷却和换热条件对反应腔内温度场和气场分布的影响,从而为内孔金刚石薄膜沉积过程中温度场分布相关的热丝、夹具及其他参数的优化提供了充足的理论依据,具体的优化参数包括了热丝温度、热丝直径、反应气体总流量、反应压力、出气口排布方式、红铜支承冷却块形状等;在上述研究基础上,进一步完成了产业化沉积装置中基体排布方式的优化,优化方案为三角形和隔板形式相结合的基体排布方式。5.hfcvd金刚石薄膜涂层拉拔模具的制备及应用。针对圆孔拉拔模具,选用bd-um-fgcd复合薄膜作为内孔表面保护涂层,针对小孔径模具开发了平行四边形热丝张紧及辅助散热沉积工艺,针对超大孔径模具开发了等边三角形热丝排布沉积工艺,分别采用正交试验及仿真方法确定了基本的沉积参数以及与温度场分布相关的热丝及夹具参数,实现了高质量金刚石薄膜涂层圆孔模具的制备及应用。针对异型模(矩形孔、瓦形孔或扇形孔),选用应力较小、附着性能优异的bdd薄膜作为内孔表面保护涂层,结合正交试验方法确定了基本沉积参数,并采用基于正交配置的仿真方法对其温度场分布相关的热丝及夹具参数进行优化,优选与内孔形状相适应的热丝排布方式,实现了高质量金刚石薄膜涂层异型模的制备及应用。应用试验结果表明:优选的金刚石薄膜可显着提高拉拔模具的使用寿命,提高生产效率,减少材料及能源损耗,保证产品表面质量、尺寸精度和整体性能,其中典型的常规孔径、小孔径、超大孔径、异型孔拉拔模具的使用寿命相比于硬质合金模具分别提高了10倍、20倍、20倍和8倍。6.HFCVD金刚石薄膜在耐冲蚀磨损器件内孔中的应用。喷雾干燥工况对喷嘴冲蚀磨损性能提出了极高要求,但是对于其表面光洁度要求较低,因此选用与金刚石薄膜之间具有良好附着力的碳化硅作为基体,选用BD-UCD复合薄膜作为保护涂层;针对喷嘴工作表面形状的复杂性,提出了“先内孔后锥孔”的两步沉积策略,采用经正交试验及仿真优化确定的沉积参数,实现了高质量金刚石薄膜涂层喷嘴的制备,该涂层喷嘴在应用试验中表现出优异的冲蚀磨损性能,使用寿命提高了五倍以上,同时保证了产品质量的稳定性。针对煤直接液化工艺中应用的减压调节阀,首先完成了阀门整体结构的优化设计,在此基础上选用具有较高韧性的硬质合金作为基体,选用沉积工艺简单、成本较低的高质量甲烷-MCD薄膜作为阀座内孔表面保护涂层,即可显着改善阀座的冲蚀磨损性能,提高阀门整体的工作寿命和使用稳定性。

张韬[9](2014)在《化学气相法合成高品级金刚石单晶微粉的基础研究》文中进行了进一步梳理金刚石单晶微粉通常指粒度在0.154μm之间的超细磨料,主要用于工件表面的超精密光整加工。目前大部分人造单晶金刚石都是采用静态高压法合成,然而该方法设备复杂、工艺苛刻,难以合成细粒度的金刚石单晶颗粒,因此工业上所需的微粉级金刚石(38m以下)几乎都是采用机械破碎中细颗粒单晶金刚石的方法来制备。但是这种方法工艺流程极其繁琐,提纯及粒度筛选工作耗时长,使得生产效率受到严重制约,且经过破碎获取的金刚石微粒形状杂,品级低,即使经过适当的整形处理,仍不能获得满意数量的较高品级微粒,严重限制了抛光研磨质量的进一步发展,因此迫切需要寻找新的方法来提高金刚石微粉的品级。化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition, CVD)合成的单晶金刚石具有晶形完整、表面光洁、品级高等优点,且制备工艺简单易控,使得利用CVD法制备高品级单晶微粉成为可能。但目前针对CVD金刚石的研究主要仍集中在金刚石薄膜及宝石级大单晶的制备及应用上,对于化学气相沉积合成高品级超细金刚石单晶颗粒的技术,无论从生长机制、质量控制,还是CVD合成工艺、质量评价等方面都有待深入研究。本文以热丝化学气相沉积(HotFilament CVD, HFCVD)法为基础,以实现在大面积衬底上同时合成数颗形貌规则、表面光洁的金刚石单晶颗粒为目的,并避免颗粒成团、成膜以及双晶、多晶、晶形较差等次级金刚石微晶的问题,研究化学气相法合成高品级单晶金刚石微粉的新方法,揭示该项技术颗粒金刚石生长的新机制,开发高品级单晶金刚石微粉生长的合理CVD新工艺,为化学气相法合成高品级单晶金刚石微粉技术工业化应用奠定基础。本文主要完成的研究工作可以概括为以下几点:1. HFCVD系统沉积金刚石单晶颗粒物理场的优化仿真。采用有限容积法,利用FLUENT仿真软件,耦合热辐射、热对流以及热传导三种传热机理,对HFCVD系统沉积单晶金刚石微粉过程中物理场的分布状况进行研究,着重探讨热丝、进气口排布方式对衬底温度、衬底周围气体温度、气体流速及密度场分布的影响及其优化方案,结果显示:热丝根数是扩大金刚石均匀生长面积的最直接有效手段,热丝半径则直接决定衬底温度的高低;多个进气口均匀排布的送气方式,可在一定程度上提高衬底周围活性粒子的数量,并显着改善衬底及热丝周围气体流场的均匀性。通过仿真优化使得衬底各个位置金刚石颗粒的生长环境趋于一致,有助于获得晶形、颗粒尺寸均匀的单晶颗粒。2. HFCVD制备有籽晶金刚石单晶颗粒的机理研究。采用基体播种籽晶法,以传统机械粉碎法制备的金刚石微粉为籽晶,揭示了多颗籽晶同时均匀生长、晶种表面缺陷修复、高品级立方-八面体单晶颗粒合成、颗粒抑制成膜的基本原理。开发了光刻胶超声振动均匀分散金刚石晶种的新工艺,可有效解决W1W15粒度的晶种团聚及分布不均的问题。在此基础上,着重探讨了沉积工艺参数对有籽晶单晶颗粒合成的晶体形态、金刚石纯度、生长速率、及颗粒抑制成膜的影响。实验结果显示,4500Pa的反应压力可有效避免颗粒成团、成膜的发生;800-900°C的衬底温度以及1.3%1.4%的碳源浓度可抑制自发及二次形核的产生,促进理想晶形的形成;而相对较低的偏流强度(1A)对颗粒抑制成膜及生长速率的提高起到正面作用。在优化的沉积参数下,晶种缺陷被逐渐修复,颗粒最终呈现出高品级金刚石单晶的形态特征。3. HFCVD制备无籽晶金刚石单晶颗粒的机理研究。采用基体自形核法,以抑制晶粒成膜为思路,打破传统CVD自形核金刚石膜的制备理念,针对大面积衬底上多颗单晶颗粒同时生长的要求,对形核与生长的机理进行深入研究。在此基础上,提出利用短时间均匀机械研磨衬底的方法,获得较低的形核密度(106cm-2),从而实现核体均匀分散的目的。采用正交实验法,分别对无籽晶单晶颗粒形核、生长阶段的工艺参数进行优化分析,结果显示:反应压力对颗粒形核阶段的影响最为显着,较高的反应压力(>3000Pa)有助于单晶核体的形成,在后续的生长过程中,辅助以合理的生长工艺(3Kpa反应压力、2.0%碳源浓度、950°C衬底温度、4A偏流、沉积时间120min),颗粒可呈现出表面光洁的六-八面体或二十面体聚形晶体形态。4.掺硼工艺对CVD金刚石单晶颗粒合成影响的研究。在氢气-丙酮HFCVD反应体系中引入硼酸三甲酯(B(OCH3)3)作为硼源,针对有籽晶、无籽晶两种金刚石单晶颗粒生长模式,揭示了掺硼工艺对CVD金刚石单晶颗粒生长特性及颗粒抑制成膜的影响。有籽晶颗粒沉积实验的结果显示,本征环境可以有效抑制衬底自发形核的产生,但金刚石的生长速率相对较低,尤其对大粒度籽晶(5μm)进行修复时,耗时较长,生产效率受到限制。而掺硼工艺对有籽晶单晶颗粒的生长速度有着明显的提高效果,且含硼基团可填补原子空位,从而加速籽晶表面缺陷的消除;但重掺情况下,自发核体团聚、连膜现象非常严重,且所修复颗粒金属化趋势明显,致使金刚石纯度大幅降低。相较之下,掺硼浓度为500ppm时较为合理,能以较快的生长速率修复籽晶表面缺陷,获得形貌完整的单晶颗粒。另一方面,无籽晶颗粒沉积实验也同样表明500ppm的掺硼浓度为较优工艺,有助于金刚石的合成速率的提高。5. CVD金刚石单晶微粉的制备及质量评价。首先,针对有/无籽晶两种晶粒密度控制方法,对优化后的CVD单晶微粉沉积工艺进行总结:采用有籽晶法,通过选取不同粒度的晶种并结合本征或弱掺硼工艺,可获得平均尺寸为213μm的CVD单晶微粉;而采用无籽晶法并结合弱掺硼工艺,可获得平均尺寸为0.32μm的CVD单晶微粉。为实现衬底颗粒的有效脱附和收集,提出了化学腐蚀硅基衬底结合高速离心沉降颗粒的新工艺,可获得较纯净的自支撑单晶微粉。再次,采用机械粉碎法金刚石微粉的行业标准(JB/T7990-2012)并结合高品级单晶金刚石的晶形评价指标,对CVD有/无籽晶金刚石单晶微粉的粒度组成、晶形质量等进行检测。结果显示,有/无籽晶两种单晶微粉中7080%的颗粒都具有高品级六-八面体或二十面体晶体形态,且颗粒表面无明显生长缺陷,与传统机械粉碎法金刚石微粉相比,在晶形及表面质量上占有绝对优势,将尤为适合高精密器件的抛光加工。

石发展[10](2013)在《基于金刚石室温固态单自旋体系的微观磁共振实验研究》文中认为自旋磁共振是物质科学领域的一个基本物理现象,它描述处于外磁场中的原子核或者电子自旋,能够吸收和放出对应频率的电磁辐射,即发生磁共振现象。自旋在物质中广泛存在,因而自旋磁共振技术能够用来准确、快速和无破坏性地获取物质的组成和结构上的信息,是当代科学中最为重要的物质探索技术之一。当前的自旋磁共振谱仪基于系综探测原理,它的测试对象是含有百亿个以上相同自旋的系综样品。然而,近年来随着物质科学探索的不断深入,人们开始逐渐从统计平均测量向直接探测单量子的信息迈进。在自旋磁共振领域,实现微观磁共振,甚至单自旋磁共振是这一方向发展的极为重要的科学目标。为实现这一科学目标,我们选取了基于掺杂金刚石中氮-空位(NV)对的固态单自旋作为探针,此体系室温下退相干时间长达毫秒量级、可用光学共聚焦系统实现初始化和检测,在室温下实现单电子自旋量子态调控和检测。代替传统的电探测方式,用基于此体系单自旋态制备成量子干涉仪,将微观自旋体系产生的弱磁信号转为干涉仪的相位,从而实现高灵敏度的信号检测,这也是用此体系实现微观磁共振、甚至单自旋磁共振的必要条件。最终的目标是实现单分子探测与成像,这在物理、化学、生物、材料等领域都具有广泛而重要的应用前景。我们围绕这一核心目标开展了相关的实验研究,本论文主要内容是介绍我们在自搭建的光探测磁共振实验平台上,完成的室温单自旋量子调控及高分辨率精密信号探测的相关成果。主体分成如下三个阶段的工作:1.我们建设了一套多波段光探测磁共振平台并在其上实现了室温单自旋量子调控,实验上实现了此体系上的第一个量子算法。接着,又应用动力学去耦技术到单自旋体系,观测到反常退相干效应,研究了NV探针的退相干机制,实现了精密的相位测量。而连续波去耦与逻辑门操作结合,使我们可以实现长时间高保真度的量子调控。2.基于以上量子调控技术,我们首先实验实现了单电子暗自旋的探测及调控,我们不仅在实验上探测到了16纳米远处的单暗电子自旋并得到其连续波谱,还将其初始化、调控和读出,发掘其作为量子寄存器的潜力。接着不同于以往对体内单核自旋的探测,我们成功探测到自旋簇,并通过计算得到其耦合强度及空间结构,这是实现大分子结构的探测可行途径之一,另外,对研究多体相互作用及演化提供了新的手段。3.核磁共振谱是目前应用范围最广的谱学技术,已经广泛应用于科研及医学等领域。但是,在室温下实现纳米尺度的核磁共振是一个巨大的挑战。我们通过多次尝试及技术的改进,最终利用掺杂金刚石中距表面~7纳米深度的氮-空位单电子自旋作为原子尺度磁探针,分别实现了(5nm)3体积液钵和固体有机样品中质子信号的检测,其中包括的质子总数约为二万个,其产生的磁信号强度相当于100个统计极化的核自旋。

二、一种改进的CVD金刚石膜生长过程原子尺度三维仿真方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、一种改进的CVD金刚石膜生长过程原子尺度三维仿真方法(论文提纲范文)

(1)微细电火花加工电极在线控形机理及关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 微细电火花加工技术的发展历程
    1.3 微细电火花加工机理研究现状
        1.3.1 微细电火花加工的放电过程
        1.3.2 微细电火花加工的尺度效应
    1.4 微细电火花加工电极损耗的影响因素
        1.4.1 电极材料
        1.4.2 电极结构
        1.4.3 电蚀产物
        1.4.4 电规准参数
    1.5 提高微细电火花加工精度的措施
        1.5.1 实时监测与控制
        1.5.2 电极长度方向补偿
        1.5.3 电极的修正或更换
    1.6 课题研究意义及主要内容
2 理论研究基础和实验方法
    2.1 引言
    2.2 极间介质的击穿理论
        2.2.1 负极电子发射
        2.2.2 电介质的电导与击穿
        2.2.3 放电击穿理论模型
    2.3 实验仪器设备、检测手段和研究方法
        2.3.1 实验仪器设备
        2.3.2 实验材料
        2.3.3 检测与数据分析
    2.4 本章小结
3 微细电火花加工的纳米复合镀层电极自控形技术研究
    3.1 引言
    3.2 纳米复合镀层电极的自控形机理研究
        3.2.1 纳米复合镀层电极的结构设计
        3.2.2 基于电磁多场耦合微细电火花加工仿真
        3.2.3 电流密度分布对微细电极自控形能力的影响
    3.3 纳米复合镀层电极的制备
        3.3.1 复合电沉积加工方法
        3.3.2 纳米复合镀层电极制备方法
        3.3.3 Ni-TiN纳米复合镀层微观形貌
    3.4 纳米复合镀层电极自控形性能研究
        3.4.1 纳米复合镀层电极的微细电火花加工实验
        3.4.2 复合电沉积工艺条件对复合电极控形能力的影响
        3.4.3 微细电火花加工电极控形对比实验
    3.5 本章小结
4 微细电火花加工的均质Cu电极在线控形技术研究
    4.1 引言
    4.2 微细电火花加工电极的损耗类型
    4.3 微细电极端部内凹状控形实验研究
        4.3.1 微细电极可控形微细电火花加工实验设计
        4.3.2 不同材料电极端部形状变化
        4.3.3 电极端部形状变化过程
        4.3.4 极性对电极控形的影响
        4.3.5 脉冲频率对电极控形的影响
        4.3.6 峰值电流对电极控形的影响
        4.3.7 电蚀产物对电极控形的影响
    4.4 微细电极端部内凹状损耗形成机理分析
    4.5 均质微细电极在线控形技术研究
        4.5.1 正交实验设计
        4.5.2 微细电极端部控形
    4.6 本章小结
5 电蚀产物对微细电极控形技术影响研究
    5.1 引言
    5.2 电蚀产物对放电通道形成的影响
    5.3 放电间隙内电蚀产物运动情况
        5.3.1 电极端部电蚀产物运动状态
        5.3.2 电极侧面电蚀产物运动状态
    5.4 加工状态不同的微细电火花加工实验设计
        5.4.1 不同状态的微细电火花加工
        5.4.2 开放状态的微细电火花加工
        5.4.3 开放状态的微细电火花加工实验方法
    5.5 实验结果与分析讨论
        5.5.1 开放状态微细电火花加工孔底形貌动态变化
        5.5.2 电蚀产物浓度改变对微细电极控形的影响
        5.5.3 电蚀产物浓度改变对表面微观形貌的影响
        5.5.4 电蚀产物浓度对工件重熔层的影响
        5.5.5 电蚀产物对孔底凸起材料的影响
        5.5.6 电蚀产物排除方法对电极控形的影响
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介

(2)基于气体循环的拉丝模金刚石涂层制备及工艺研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 金刚石材料概述
        1.2.1 金刚石结构
        1.2.2 金刚石材料的性能及应用
    1.3 拉丝模具简介
        1.3.1 拉丝模结构
        1.3.2 拉丝模材料
    1.4 CVD金刚石涂层制备方法
    1.5 国内外研究现状
        1.5.1 金刚石涂层拉丝模的研究现状
        1.5.2 HFCVD法沉积金刚石涂层仿真的研究现状
    1.6 本文的研究意义与研究内容
第二章 金刚石涂层沉积设备的气体循环系统设计
    2.1 引言
    2.2 HFCVD沉积设备的气体循环气路设计
        2.2.1 传统HFCVD金刚石涂层沉积设备
        2.2.2 HFCVD沉积金刚石原理
        2.2.3 循环气路结构
        2.2.4 关键气路元件的选型
    2.3 循环气路甲烷浓度控制方法
        2.3.1 气体循环甲烷补充量的计算方法
        2.3.2 计算方法的原理
    2.4 CVD金刚石涂层表征方法
        2.4.1 扫描电子显微镜
        2.4.2 拉曼光谱
        2.4.3 三维表面轮廓仪
    2.5 本章小结
第三章 气体循环工艺拉丝模HFCVD沉积涂层的流场仿真分析
    3.1 引言
    3.2 反应气体流场概述
        3.2.1 流场仿真理论基础
        3.2.2 流场传热计算基础
        3.2.3 流场模型确定
        3.2.4 反应气体状态划分
        3.2.5 有限元模型及网格划分
        3.2.6 边界条件
    3.3 常规制备与气体循环工艺的气体流场仿真
        3.3.1 拉丝模不同布置方式对流场分布的影响
        3.3.2 进气口数量对小批量化沉积时流场分布的影响
        3.3.3 结构改进对小批量化沉积时流场分布的影响
    3.4 不同工艺参数下小批量化沉积的气体流场仿真
        3.4.1 进气口高度对拉丝模气流场分布的影响
        3.4.2 进气口流速对拉丝模气流场分布的影响
        3.4.3 模间间距对拉丝模气流场分布的影响
    3.5 本章小结
第四章 气体循环工艺拉丝模金刚石涂层的制备研究
    4.1 引言
    4.2 金刚石涂层沉积实验准备
        4.2.1 基底材料预处理
        4.2.2 热丝材料选择及碳化处理
        4.2.3 气体循环设备实验步骤
    4.3 称重法可行性的验证实验
        4.3.1 实验思路与设计
        4.3.2 实验结果与分析
    4.4 气体循环小批量沉积拉丝模金刚石涂层的表征
        4.4.1 金刚石涂层表面形貌
        4.4.2 金刚石涂层成分
        4.4.3 金刚石涂层断面形貌
    4.5 金刚石涂层沉积速度对比实验
        4.5.1 实验设计
        4.5.2 实验结果与分析
    4.6 本章小结
第五章 金刚石涂层拉丝模的线抛光研究
    5.1 引言
    5.2 拉丝模内孔金刚石涂层抛光方法研究
        5.2.1 拉丝模内孔金刚石涂层抛光机理
        5.2.2 拉丝模内孔金刚石涂层抛光设备
    5.3 循环气体沉积拉丝模的抛光工艺改进
        5.3.1 评价指标
        5.3.2 传统固结磨料线抛光的缺点
        5.3.3 抛光工艺的改进思路
    5.4 循环气体沉积拉丝模的抛光实验
        5.4.1 粗抛实验设计
        5.4.2 粗抛实验结果与分析
        5.4.3 精抛实验设计
        5.4.4 精抛实验结果与分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

(3)小孔径拉丝模具CVD金刚石涂层的制备与工艺研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 拉丝模具介绍
    1.3 金刚石概述
        1.3.1 金刚石结构
        1.3.2 金刚石材料的性能及应用
    1.4 CVD金刚石的制备方法
        1.4.1 热丝CVD法
        1.4.2 微波等离子体CVD法
        1.4.3 直流电弧等离子体喷射CVD法
    1.5 国内外研究现状
        1.5.1 CVD金刚石涂层拉丝模具的研究
        1.5.2 CVD金刚石涂层的模拟仿真研究
    1.6 本文的研究内容及技术路线
第二章 小孔径拉丝模具热丝CVD金刚石涂层温度场仿真
    2.1 引言
    2.2 传热学基本理论
        2.2.1 热传导
        2.2.2 热对流
        2.2.3 热辐射
    2.3 热丝CVD仿真计算模型的建立
        2.3.1 仿真模型简化
        2.3.2 边界条件设定及网格划分
        2.3.3 仿真计算流程
    2.4 仿真结果分析
        2.4.1 热丝排布方式对拉丝模具温度场影响
        2.4.2 两侧交叉布丝法热丝参数优化
    2.5 本章小结
第三章 小孔径拉丝模具热丝CVD金刚石涂层制备
    3.1 引言
    3.2 小孔径拉丝模具CVD金刚石涂层制备
        3.2.1 实验装置及气源、热丝选择
        3.2.2 拉丝模具内孔预处理
        3.2.3 测温方法
        3.2.4 实验方案与参数
    3.3 涂层表征和分析方法
        3.3.1 扫描电子显微镜
        3.3.2 激光拉曼光谱
        3.3.3 手动洛氏硬度计
        3.3.4 粗糙度测量仪
    3.4 实验结果与分析
        3.4.1 CVD金刚石涂层组成成分
        3.4.2 CVD金刚石涂层表面形貌
        3.4.3 CVD金刚石涂层截面形貌
    3.5 本章小结
第四章 小孔径拉丝模具偏压增强热丝CVD金刚石涂层制备
    4.1 引言
    4.2 偏压增强热丝CVD法原理
    4.3 偏压增强热丝CVD金刚石涂层制备
    4.4 偏压增强热丝CVD实验结果及分析
        4.4.1 不同偏压对拉丝模具金刚石涂层成分影响
        4.4.2 不同偏压对拉丝模具金刚石涂层表面形貌影响
        4.4.3 不同偏压对拉丝模具金刚石涂层生长速率影响
        4.4.4 不同偏压对金刚石涂层与衬底结合力影响
    4.5 本章小结
第五章 小孔径拉丝模具CVD金刚石涂层抛光
    5.1 引言
    5.2 CVD金刚石涂层抛光技术
    5.3 CVD金刚石涂层抛光实验
    5.4 涂层抛光结果及分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢

(4)钛合金及其DLC镀层的摩擦电化学抛光特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的背景和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外在该方向的研究现状
        1.2.1 电解抛光
        1.2.2 化学机械抛光
        1.2.3 超声辅助化学机械抛光
        1.2.4 DLC表面改性层的研究
        1.2.5 国内外文献综述的简析
    1.3 主要研究内容
第2章 抛光流场仿真
    2.1 二维流场仿真模拟
        2.1.1 二维流场模型
        2.1.2 网格划分
        2.1.3 边界条件设置
        2.1.4 仿真求解参数设置
    2.2 超声空化对流场的影响
        2.2.1 超声空化对压强的影响
        2.2.2 超声空化对速度的影响
        2.2.3 超声空化对气含率的影响
        2.2.4 超声空化对抛光的作用
    2.3 频率对流场性能的影响
        2.3.1 频率对绝对压强的影响
        2.3.2 频率对速度的影响
    2.4 振幅对流场性能的影响
        2.4.1 振幅对绝对压强的影响
        2.4.2 振幅对速度的影响
    2.5 膜厚对流场性能的影响
        2.5.1 膜厚对绝对压强的影响
        2.5.2 膜厚对速度的影响
    2.6 三维抛光流场仿真
    2.7 二维和三维模型仿真结果对比
        2.7.1 试件表面流场绝对压强对比
        2.7.2 试件表面流场速度对比
    2.8 本章小结
第3章 DLC镀层制备和摩擦磨损实验
    3.1 DLC镀层制备和性能测试
        3.1.1 DLC镀膜实验系统
        3.1.2 DLC膜沉积原理
        3.1.3 DLC膜制备过程
        3.1.4 DLC膜性能测试
    3.2 摩擦磨损特性实验
        3.2.1 干摩擦条件下摩擦特性
        3.2.2 水润滑条件下摩擦特性
        3.2.3 油润滑条件下摩擦特性
        3.2.4 摩擦磨损特性分析
    3.3 本章小结
第4章 电化学实验
    4.1 电化学实验原理和流程
        4.1.1 电化学实验原理
        4.1.2 电化学实验流程
    4.2 电化学实验结果分析
        4.2.1 电化学腐蚀性能
        4.2.2 电化学腐蚀性能规律
    4.3 本章小结
第5章 抛光实验
    5.1 抛光实验系统
        5.1.1 抛光试验机结构组成和改进
        5.1.2 数据采集处理系统
        5.1.3 传感器校准和材料去除率计算
    5.2 TC4 试件抛光实验
        5.2.1 抛光垫的选择
        5.2.2 磨粒的选择
        5.2.3 抛光压力的选择
        5.2.4 抛光液的选择
        5.2.5 电压对抛光效果的影响
        5.2.6 超声振动对抛光效果的影响
        5.2.7 TC4 抛光参数的选择
    5.3 TC4 试件抛光后表面质量分析
    5.4 TC4 试件最优抛光参数
    5.5 DLC镀层抛光实验
        5.5.1 DLC镀层的抛光垫和磨粒选择
        5.5.2 DLC镀层抛光实验1
        5.5.3 DLC镀层抛光实验2
        5.5.4 DLC镀层抛光实验3
        5.5.5 DLC镀层抛光实验4
        5.5.6 DLC镀层不同抛光参数的材料去除率
    5.6 DLC镀层最优抛光参数
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢

(5)强非连续性SiCp/Al复合材料动态力学行为与切削性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 本论文研究背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 材料动态力学特性的研究方法和数学模型的研究进展
        1.2.2 SiC_p/Al复合材料动态力学行为的研究进展
        1.2.3 SiC_p/Al复合材料的切削加工研究现状
    1.3 课题研究主要内容
第2章 面向高速切削的本构模型材料参数确定
    2.1 SiC_p/Al复合材料力学性能试验研究
        2.1.1 SiC_p/Al复合材料力学性能测试方法
        2.1.2 材料准静态力学性能研究
        2.1.3 材料动态压缩力学性能研究
        2.1.4 SiC_p/Al复合材料力学性能分析
    2.2 本构模型材料参数的多目标确定方法
        2.2.1 传统本构模型材料参数确定的不足
        2.2.2 准静态和动态加载多目标优化方法
        2.2.3 与传统adhoc材料参数确定方法对比
    2.3 试验验证
        2.3.1 材料模型
        2.3.2 基于切屑分离裂纹扩展的钻削仿真建模
        2.3.3 钻削试验设置
        2.3.4 轴向力和扭矩对比
        2.3.5 切屑形态对比
    2.4 本章小结
第3章 基于相关性集成的唯象本构建模
    3.1 用于唯象本构模型确定的相关性集成方法
        3.1.1 唯象本构模型基本形式
        3.1.2 现有唯象本构建模中的问题
        3.1.3 一种基于相关性集成的唯象本构建模方法
    3.2 30%SiC_p/Al复合材料的本构建模
        3.2.1 30%SiC_p/Al复合材料微观组织
        3.2.2 30%SiC_p/Al复合材料力学试验
        3.2.3 30%SiC_p/Al复合材料力学性能分析
        3.2.4 30%SiC_p/Al复合材料相关性集成的本构建模
    3.3 本构子程序开发及试验验证
        3.3.1 30%SiC_p/Al复合材料车削建模
        3.3.2 30%SiC_p/Al复合材料正交车削试验设置
        3.3.3 仿真与试验结果对比
    3.4 本章小结
第4章 基于真实微观结构的SiC_p/Al多尺度力学行为研究
    4.1 基于真实微观结构的SiC_p/Al多尺度建模方法
    4.2 基于像素理论的颗粒增强复合材料细观模型
        4.2.1 基于微观结构图像像素-有限元网格映射的建模方法
        4.2.2 SiC_p/Al复合材料细观模型建立
    4.3 塑性变形中的尺寸效应
        4.3.1 SiC_p/Al复合材料中的尺寸效应
        4.3.2 热错配诱导几何必须位错的强化
        4.3.3 模量错配诱导几何必须位错的强化
    4.4 SiC与Al界面内聚力模型
        4.4.1 界面势函数选择
        4.4.2 界面分子模型建立
        4.4.3 界面力学行为
    4.5 SiC_p/Al复合材料多尺度有限元模拟
    4.6 本章小结
第5章 强非连续性SiC_p/Al复合材料切削性能研究
    5.1 强非连续性SiC_p/Al复合材料高速铣削性能分析
        5.1.1 高速铣削铣削试验方案
        5.1.2 高速铣削力分析
        5.1.3 高速铣削加工表面完整性分析
    5.2 强非连续性SiC_p/Al复合材料钻削性能分析
        5.2.1 钻削试验方案
        5.2.2 钻削力分析
        5.2.3 制孔质量分析
    5.3 本章小结
第6章 强非连续性SiC_p/Al复合材料切削刀具磨损研究
    6.1 金刚石刀具磨损试验分析
        6.1.1 高速铣削Al6063/SiC_p/65p复合材料刀具磨损机制
        6.1.2 钻削Al6063/SiC_p/65p复合材料刀具磨损机制
    6.2 金刚石刀具磨损模拟
        6.2.1 Al6063/SiC_p/65p复合材料钻削建模
        6.2.2 钻削力分析
        6.2.3 切屑形貌分析
        6.2.4 温度与积屑瘤分析
        6.2.5 刀具磨损分析
    6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介

(6)不穿丝工艺制备拉拔模具内孔金刚石涂层的仿真及实验研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 CVD金刚石涂层制备技术概况
        1.3.2 拉拔模具内孔CVD金刚石涂层的制备与应用研究
        1.3.3 HFCVD金刚石涂层沉积温度场的试验和仿真研究
    1.4 本文主要研究内容
第二章 不穿丝工艺关键影响因素分析及可行性验证
    2.1 引言
    2.2 不穿丝工艺关键影响因素分析
        2.2.1 沉积机理
        2.2.2 气相环境
        2.2.3 热丝辐射
    2.3 不穿丝工艺热丝辐射数值分析
    2.4 不穿丝工艺实验验证及改进
        2.4.1 沉积实验过程
        2.4.2 验证实验结果
        2.4.3 模具结构设计
    2.5 本章小结
第三章 不穿丝工艺仿真优化模型与验证
    3.1 引言
    3.2 基于ANSYS FLUENT的不穿丝工艺涂层沉积仿真模型
        3.2.1 三维仿真模型建立
        3.2.2 仿真模型简化
        3.2.3 边界条件与材料参数设定
        3.2.4 仿真计算流程
    3.3 不穿丝工艺仿真结果分析
        3.3.1 小孔径拉丝模仿真结果与测温验证
        3.3.2 大孔径拉管模仿真结果与测温验证
    3.4 本章小结
第四章 小孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备温度场仿真与实验分析
    4.1 引言
    4.2 单件小孔径拉丝模内孔HFCVD涂层制备温度场仿真与实验分析
        4.2.1 单件小孔径拉丝模内孔HFCVD涂层制备温度场仿真
        4.2.2 单件小孔径拉丝模内孔HFCVD涂层制备表征实验分析
    4.3 小孔径拉丝模内孔HFCVD涂层批量化制备温度场仿真与实验分析
        4.3.1 小孔径拉丝模内孔HFCVD涂层批量化制备温度场仿真与优化
        4.3.2 小孔径拉丝模内孔HFCVD涂层批量化制备表征与应用实验分析
    4.4 本章小结
第五章 大孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备温度场仿真与实验分析
    5.1 引言
    5.2 单件大孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备温度场仿真优化
        5.2.1 热丝排布方式仿真优化
        5.2.2 热丝参数分组设定
        5.2.3 热丝参数仿真结果分析
    5.3 大孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备温度场仿真优化
        5.3.1 参数分组设定
        5.3.2 仿真优化结果
    5.4 大孔径模具内孔不穿丝工艺HFCVD涂层制备与应用实验探究
        5.4.1 金刚石涂层制备与表征
        5.4.2 金刚石涂层应用摩擦磨损实验
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要研究内容和成果
    6.2 主要创新点
    6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间公开发表的论文

(7)微细刀具表面金刚石涂层的制备及其应用基础研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的研究意义
    1.3 国内外研究现状综述
        1.3.1 CVD金刚石薄膜的制备及其耐磨损性能研究
        1.3.2 微细切削加工技术
        1.3.3 HFCVD法制备金刚石薄膜的温度场仿真研究
        1.3.4 金刚石涂层刀具的制备及其应用研究
        1.3.5 CVD金刚石涂层微细刀具的制备及其应用研究
    1.4 本文主要研究内容
第二章 CVD金刚石薄膜的制备及其耐磨损性能研究
    2.1 引言
    2.2 金刚石薄膜的沉积原理
    2.3 HFCVD法制备金刚石薄膜的设备与流程
    2.4 CVD金刚石薄膜的表征分析
        2.4.1 表面形貌
        2.4.2 表面粗糙度
        2.4.3 薄膜晶粒取向
        2.4.4 拉曼光谱分析
    2.5 膜基结合强度研究
    2.6 MCD和NCD薄膜耐磨损性能研究
        2.6.1 实验样品准备
        2.6.2 实验过程描述
        2.6.3 实验结果分析
    2.7 本章小结
第三章 CVD金刚石涂层微细刀具制备过程温度场仿真研究
    3.1 引言
    3.2 计算流体动力学基础理论与FLUENT软件概述
    3.3 单排微细刀具的温度场仿真与实验验证研究
        3.3.1 模型的建立
        3.3.2 仿真结果与讨论
        3.3.3 测温实验验证
    3.4 批量化微细刀具制备参数的仿真与优化
        3.4.1 模型的建立
        3.4.2 仿真结果与讨论
        3.4.3 沉积实验验证
    3.5 本章小结
第四章 CVD金刚石涂层微细刀具的制备工艺优化研究
    4.1 引言
    4.2 微细刀具预处理工艺的优化
        4.2.1 微细刀具的预处理过程
        4.2.2 微细刀具预处理区域的优化
        4.2.3 微细刀具预处理时间的优化
    4.3 CVD金刚石涂层微细刀具的沉积工艺参数优化
        4.3.1 形核反应气压的优化
        4.3.2 基体温度的优化
        4.3.3 碳源浓度的优化
    4.4 动态掺硼过渡层工艺
    4.5 本章小结
第五章 石墨加工用金刚石涂层微细刀具的制备与应用研究
    5.1 引言
    5.2 石墨与金刚石薄膜的摩擦学性能研究
        5.2.1 摩擦实验的准备
        5.2.2 石墨与金刚石薄膜摩擦过程分析
        5.2.3 石墨与金刚石薄膜摩擦磨损表面分析
    5.3 钻削石墨时微细钻头涂层类型优化
        5.3.1 微细钻头上不同涂层的性能表征
        5.3.2 不同涂层微细钻头钻削石墨性能比较
    5.4 微米金刚石涂层微细石墨钻头涂层厚度的优化
        5.4.1 不同厚度微米金刚石薄膜性能表征
        5.4.2 不同厚度MCD涂层微细钻头加工高纯石墨切削性能比较
    5.5 本章小结
第六章 CVD金刚石涂层微细PCB钻头的制备与应用研究
    6.1 引言
    6.2 PCB板与CVD金刚石薄膜之间的摩擦学性能
        6.2.1 硬质合金球表面金刚石薄膜的表征
        6.2.2 PCB板与金刚石薄膜摩擦过程分析
        6.2.3 金刚石薄膜及PCB板磨损表面分析
    6.3 薄膜类型与厚度对微细PCB钻头切削性能的影响
        6.3.1 涂层薄膜类型优化
        6.3.2 NCD涂层厚度的优化
    6.4 本章小结
第七章 CVD金刚石涂层微细铝合金刀具的制备与应用研究
    7.1 引言
    7.2 铝合金与CVD金刚石薄膜的摩擦学性能
        7.2.1 摩擦实验的准备
        7.2.2 铝合金与金刚石薄膜间的摩擦实验过程分析
        7.2.3 摩擦副中对磨区域的磨损表面分析
    7.3 金刚石涂层微细铝合金钻头的优化制备
        7.3.1 涂层类型对微细铝合金钻头钻削性能的影响
        7.3.2 NCD涂层微细铝合金钻头涂层厚度的优化
    7.4 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 本文完成的主要研究工作和结论
    8.2 本文主要创新点
    8.3 下一步研究工作
参考文献
攻读博士学位期间公开发表的论文
攻读博士学位期间获得的奖励
致谢
附录 应用证明 1
附录 应用证明 2
附录 应用证明 3

(8)高性能金刚石薄膜的制备、摩擦学性能及其在内孔表面的应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的研究意义
    1.3 国内外研究现状综述
        1.3.1 CVD金刚石薄膜的沉积技术研究
        1.3.2 CVD金刚石薄膜的摩擦学性能研究
        1.3.3 HFCVD金刚石薄膜沉积温度场和流场的试验及仿真研究
        1.3.4 CVD金刚石薄膜在耐磨减摩器件内孔中的应用
    1.4 本文主要研究内容
第二章 高性能HFCVD金刚石薄膜的制备及性能表征
    2.1 引言
    2.2 碳源种类对MCD薄膜形核、生长及性能表征的影响研究
        2.2.1 沉积试验
        2.2.2 性能表征
        2.2.3 碳源的影响机理分析
    2.3 高性能复合金刚石薄膜的制备及性能表征
        2.3.1 改进的动态硼掺杂工艺
        2.3.2 MCD、BDD、FGD及复合金刚石薄膜的制备
        2.3.3 不同类型金刚石薄膜的性能表征
    2.4 本章小结
第三章 HFCVD金刚石薄膜的摩擦学性能研究
    3.1 引言
    3.2 HFCVD金刚石薄膜的冲蚀磨损试验及分析理论
    3.3 HFCVD金刚石薄膜的冲蚀磨损性能及机理
        3.3.1 BDD、FGD及MCD薄膜的冲蚀磨损性能及机理
        3.3.2 不同基体BDD薄膜的冲蚀磨损性能及机理
        3.3.3 不同厚度BDD和MCD薄膜的冲蚀磨损性能及机理
        3.3.4 高性能复合金刚石薄膜的冲蚀磨损性能及机理
        3.3.5 碳源对MCD薄膜冲蚀磨损性能的影响
    3.4 HFCVD金刚石薄膜的标准摩擦磨损性能及机理研究
        3.4.1 高性能复合金刚石薄膜和金属材料对摩的摩擦特性
        3.4.2 高性能复合金刚石薄膜和氮化硅对摩的磨损性能
        3.4.3 碳源对MCD薄膜摩擦磨损特性的影响
    3.5 HFCVD金刚石薄膜的应用摩擦磨损性能研究
        3.5.1 高性能复合金刚石薄膜的应用摩擦磨损性能
        3.5.2 碳源对MCD薄膜应用摩擦磨损性能的影响
        3.5.3 基于摩擦学试验的内孔金刚石薄膜沉积参数正交优化方法
    3.6 本章小结
第四章 内孔沉积HFCVD金刚石薄膜的物理场分布研究
    4.1 引言
    4.2 内孔HFCVD设备及金刚石薄膜沉积原理
    4.3 内孔沉积HFCVD金刚石薄膜的温度场和气场分布研究
        4.3.1 温度场和气场分布的仿真理论
        4.3.2 仿真计算模型的构建
        4.3.3 材料定义及边界条件设定
        4.3.4 单基体仿真结果分析
        4.3.5 双基体仿真结果分析及沉积对照试验
    4.4 产业化沉积装置中基体排布方式的优化
    4.5 本章小结
第五章 HFCVD金刚石薄膜涂层拉拔模具的制备及应用
    5.1 引言
    5.2 BD-UM-FGCD薄膜涂层圆孔模具的制备及应用
        5.2.1 BD-UM-FGCD薄膜涂层铝塑复合管拉拔模的制备及表征
    5.3 BD-UM-FGCD薄膜涂层铝塑复合管拉拔模的应用
    5.4 小孔径内孔涂层技术及应用
        5.4.1 小孔径内孔涂层工艺
        5.4.2 BD-UM-FGCD薄膜涂层小孔径模具的应用
    5.5 超大孔径内孔涂层技术及应用
        5.5.1 超大孔径内孔涂层工艺
        5.5.2 BD-UM-FGCD薄膜涂层超大孔径模具的应用
    5.6 BDD薄膜涂层异型拉拔模的制备及应用
        5.6.1 BDD薄膜涂层异型模的制备工艺
        5.6.2 BDD薄膜涂层异型模的表征
        5.6.3 BDD薄膜涂层异型模的应用试验
    5.7 本章小结
第六章 HFCVD金刚石薄膜在耐冲蚀磨损器件内孔中的应用
    6.1 引言
    6.2 BD-UCD薄膜涂层喷嘴的制备及应用
        6.2.1 BD-UCD薄膜涂层喷嘴的制备工艺
        6.2.2 BD-UCD薄膜涂层喷嘴的表征
        6.2.3 BD-UCD薄膜涂层喷嘴的应用试验
    6.3 甲烷-MCD薄膜涂层煤液化减压调节阀阀座的制备及应用
        6.3.1 煤液化减压调节阀整体结构的优化设计
        6.3.2 甲烷-MCD薄膜涂层阀座的制备及表征
        6.3.3 应用试验
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文主要完成的工作和结论
    7.2 本文主要的创新点
    7.3 下一步研究工作
参考文献
攻读博士学位期间公开发表或录用的论文
攻读博士学位期间公开授权或申请的发明专利
攻读博士学位期间获得的奖励
致谢
附件:应用报告

(9)化学气相法合成高品级金刚石单晶微粉的基础研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的研究意义
        1.2.1 高品级人造单晶金刚石
        1.2.2 HPHT 金刚石微粉
        1.2.3 CVD 金刚石单晶微粉
    1.3 国内外研究现状综述
        1.3.1 CVD 金刚石单晶颗粒的制备及表征
        1.3.2 HFCVD 法沉积金刚石物理场的仿真计算
    1.4 本文主要研究内容
第二章 HFCVD 法沉积金刚石单晶颗粒物理场的仿真优化
    2.1 引言
    2.2 热丝化学气相沉积法
        2.2.1 热丝化学气相沉积法概述
        2.2.2 HFCVD 系统沉积金刚石单晶颗粒物理场的条件
    2.3 HFCVD 合成金刚石单晶颗粒物理场的仿真及其影响因素的优化
        2.3.1 仿真建模及方法
        2.3.2 影响物理场均匀性工艺参数的分析及优化
        2.3.3 仿真优化结果的验证
    2.4 本章小结
第三章 HFCVD 法制备有籽晶金刚石单晶颗粒的机理研究
    3.1 引言
    3.2 HFCVD 法制备有籽晶金刚石单晶颗粒的技术基础概述
        3.2.1 HFCVD 法制备有籽晶金刚石薄膜的方法概述
        3.2.2 HFCVD 法制备有籽晶金刚石单晶颗粒的生长原理
        3.2.3 HFCVD 法制备有籽晶金刚石单晶颗粒的方法概述
    3.3 新型基体播种籽晶工艺
    3.4 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒的制备实验
    3.5 沉积参数对 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒生长特性的影响
        3.5.1 反应压力对 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒生长特性的影响
        3.5.2 衬底温度对 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒生长特性的影响
        3.5.3 碳源浓度对 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒生长特性的影响
        3.5.4 偏流强度对 CVD 金刚石单晶颗粒生长特性的影响
    3.6 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒的优化沉积工艺
    3.7 本章小结
第四章 HFCVD 法制备无籽晶金刚石单晶颗粒的机理研究
    4.1 引言
    4.2 HFCVD 法制备无籽晶金刚石单晶颗粒的技术基础概述
        4.2.1 HFCVD 法制备无籽晶金刚石薄膜的方法概述
        4.2.2 HFCVD 法制备无籽晶金刚石单晶颗粒的生长原理
        4.2.3 HFCVD 法制备无籽晶金刚石单晶颗粒的方法概述
    4.3 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒的制备实验
    4.4 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒形核工艺的优化研究
        4.4.1 衬底预处理方法的优化研究
        4.4.2 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒形核工艺的优化研究
    4.5 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒生长工艺的优化研究
        4.5.1 基于低压形核的 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒生长工艺的优化研究
        4.5.2 基于高压形核的 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒生长工艺的优化研究
    4.6 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒的优化沉积工艺
    4.7 本章小结
第五章 掺硼工艺对 CVD 金刚石单晶颗粒合成影响的研究
    5.1 引言
    5.2 掺硼工艺对 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒合成影响的研究
        5.2.1 硼掺杂 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒的制备实验
        5.2.2 掺硼浓度对 CVD 有籽晶金刚石单晶颗粒生长特性的影响
    5.3 掺硼工艺对 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒合成影响的研究
        5.3.1 硼掺杂 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒的制备实验
        5.3.2 掺硼浓度对 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒形核特性的影响
        5.3.3 掺硼浓度对 CVD 无籽晶金刚石单晶颗粒生长特性的影响
    5.4 本章小结
第六章 CVD 金刚石单晶微粉的制备及质量评价
    6.1 引言
    6.2 CVD 金刚石单晶微粉的制备工艺
        6.2.1 CVD 有籽晶金刚石单晶微粉的制备工艺
        6.2.2 CVD 无籽晶金刚石单晶微粉的制备工艺
        6.2.3 CVD 金刚石单晶微粉的收集与提纯工艺
    6.3 高品级金刚石单晶微粉的质量评价指标
    6.4 CVD 有籽晶金刚石单晶微粉的质量评价
    6.5 CVD 无籽晶金刚石单晶微粉的质量评价
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文完成的主要研究工作和结论
    7.2 本文主要创新点
    7.3 下一步研究工作
参考文献
攻读博士学位期间公开发表的论文
攻读博士学位期间获得的奖励
致谢

(10)基于金刚石室温固态单自旋体系的微观磁共振实验研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 物质科学发展的趋势
    1.2 自旋磁共振
    1.3 物质探测方法的比较
        1.3.1 系综磁共振
        1.3.2 霍尔探测器
        1.3.3 超导干涉仪
        1.3.4 SEM
        1.3.5 STM
        1.3.6 AFM
        1.3.7 MFM
        1.3.8 力探测纳米机械振子
        1.3.9 高分辨光学
        1.3.10 钻石单自旋实现微观磁探测
    1.4 结合量子调控技术与氮-空位的新兴磁共振技术
    1.5 本文结构
第二章 金刚石中氮-空位体系
    2.1 金刚石及其中的缺陷简介
        2.1.1 金刚石性质
        2.1.2 金刚石中的晶格缺陷
    2.2 NV的性质
        2.2.1 原子结构与对称性
        2.2.2 NV的产生
        2.2.3 电学性质
        2.2.4 光学性质
        2.2.5 自旋性质:微波操控及相干时间、退极化时间
        2.2.6 自旋-声子耦合
        2.2.7 自旋的光极化和读出
        2.2.8 NV编码的单自旋量子比特
    2.3 NV研究进展
    2.4 结合量子调控技术与氮-空位的新兴磁共振技术的原理
    2.5 室温实验设备简介
第三章 单自旋量子调控技术的实验实现
    3.1 在自搭建的平台上实现单自旋调控技术
        3.1.1 微波等关键指标
        3.1.2 实验实现了此体系上的第一个量子算法-DJ算法
    3.2 动力学解耦技术及应用
        3.2.1 动力学解耦的概念和常用解耦序列
        3.2.2 动力学解耦+相位估计
        3.2.3 动力学解耦+逻辑门
    3.3 反常退相干行为及退相干机制的实验研究
        3.3.1 反常退相干效应
        3.3.2 经典-量子两种机制间调节自旋热库
第四章 微观磁探测之一:体内单自旋(簇)的探测
    4.1 体内单电子暗自旋探测与调控
        4.1.1 探测单电子暗自旋
        4.1.2 单电子自旋EPR信号,g-因子测量
        4.1.3 暗自旋量子寄存器
        4.1.4 缺陷的种类
        4.1.5 小结
    4.2 探测核自旋簇并解析其原子尺度结构
        4.2.1 动机
        4.2.2 高场下dimer的理论模型
        4.2.3 实验观测到dimer信号
        4.2.4 dimer耦合矢量的解析
        4.2.5 解析空间结构
        4.2.6 排除单核与电子对
        4.2.7 小结
第五章 微观磁探测之二:体外自旋的探测暨纳米尺度质子核磁共振
    5.1 背景
    5.2 实验方案
    5.3 高阶去耦探测到体内(13)~C和体外有机样品中质子信号
    5.4 通过对比实验确认信号
    5.5 模拟计算得到分辨率为5纳米尺度
    5.6 外界磁场噪声功率谱的重构
    5.7 意义
第六章 实验设备及软件建设
    6.1 硬件部分原理架构图
        6.1.1 光学部分
        6.1.2 微波和电子学部分
    6.2 已正常工作的实验平台
        6.2.1 S波段百高斯以下小磁场设备
        6.2.2 微波和射频双共振千高斯中低场设备
        6.2.3 千高斯以上设备
    6.3 设备配套软件系统开发
        6.3.1 扫描、定位与追踪
        6.3.2 脉冲实验时序控制
    6.4 小结
第七章 总结与展望
    7.1 本论文工作简要总结
    7.2 NV单自旋量子调控领域的研究总结与展望
        7.2.1 量子信息处理
        7.2.2 磁探测
参考文献
附录A 微观磁探测之一:体内单自旋(簇)的探测
    A.1 英文缩写对照表
    A.2 文中用到的物理学常量
    A.3 调节磁场方法
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

四、一种改进的CVD金刚石膜生长过程原子尺度三维仿真方法(论文参考文献)

  • [1]微细电火花加工电极在线控形机理及关键技术研究[D]. 李晓鹏. 大连理工大学, 2020
  • [2]基于气体循环的拉丝模金刚石涂层制备及工艺研究[D]. 张立帷. 南京航空航天大学, 2020(07)
  • [3]小孔径拉丝模具CVD金刚石涂层的制备与工艺研究[D]. 舒程路. 南京航空航天大学, 2020(07)
  • [4]钛合金及其DLC镀层的摩擦电化学抛光特性研究[D]. 蒋正. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
  • [5]强非连续性SiCp/Al复合材料动态力学行为与切削性能研究[D]. 项俊锋. 北京理工大学, 2018
  • [6]不穿丝工艺制备拉拔模具内孔金刚石涂层的仿真及实验研究[D]. 丁超越. 上海交通大学, 2017(09)
  • [7]微细刀具表面金刚石涂层的制备及其应用基础研究[D]. 雷学林. 上海交通大学, 2015(02)
  • [8]高性能金刚石薄膜的制备、摩擦学性能及其在内孔表面的应用研究[D]. 王新昶. 上海交通大学, 2015(02)
  • [9]化学气相法合成高品级金刚石单晶微粉的基础研究[D]. 张韬. 上海交通大学, 2014(07)
  • [10]基于金刚石室温固态单自旋体系的微观磁共振实验研究[D]. 石发展. 中国科学技术大学, 2013(10)

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一种改进的 CVD 金刚石薄膜生长过程的原子级 3D 模拟方法
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