基于跨尺度结构化CVD金刚石砂轮的硬脆微结构表面超精密磨削加工技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875135
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Ultra-precision grinding has been an important solution channel and research hot topic for precision machining of micro-structured surfaces on hard and brittle materials which widely applied in aerospace, biological engineering and micro-electronics and optical engineering. However, the serious tool wear and long grinding path has never been thoroughly solved, which still limits the improvement of machining accuracy and efficiency. In aiming to solve these problems, this project firstly will investigate the picosecond laser machining method to efficiently generate trans-scale structured CVD diamond wheels which both have the millimeter structures and micrometer structures. And then the grinding mechanisms of hard and brittle materials, such as alumina oxide (Al2O3) and Silicon Carbide (SiC), will be analyzed with these obtained trans-scale structured CVD diamond wheels. Subsequently, the grinding process of micro-structured surfaces will be optimized based on the fundamental study. In addition, the on-line wear monitoring and the on-site abrasive reshaping of the trans-scale structured CVD diamond wheels will be studied. Through the systematically research of this proposed project, the hard and brittle micro-structured surface grinding theory and technology with trans-scale structured CVD diamond wheels will be established with independent intellectual property rights. The research deliveries will no doubt present the technological fundaments for the high efficiently and high precision machining hard and brittle micro-structured surface.
超精密磨削是实现航空航天、生物工程、微电子工业及光学工程等领域中硬脆微结构表面高精度制造的重要途径和研究热点,但现有技术存在砂轮极易磨损和磨削路径过长等问题,制约了其加工精度和加工效率的提高。为此,本项目开展CVD金刚石砂轮表面的跨尺度结构化皮秒脉冲激光加工研究,制备表面同时具有毫米级结构和微米级阵列的新型CVD金刚石砂轮,并以此为磨削工具,针对氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷等硬脆材料,揭示跨尺度结构化CVD金刚石砂轮作用下的硬脆材料磨削机理,建立基于跨尺度结构化CVD金刚石砂轮的硬脆微结构表面超精密磨削工艺,提出跨尺度结构化CVD金刚石砂轮的磨损在线监测及在位激光锐化方法,最终形成具有自主知识产权的面向硬脆微结构表面的跨尺度结构化CVD金刚石砂轮精密磨削理论及技术,从而为实现硬脆微结构表面的高精度和高效率制造奠定技术基础。

结项摘要

超精密磨削是实现航空航天、生物工程、微电子工业及光学工程等领域中硬脆微结构表面高精度制造的重要途径和研究热点,但现有技术存在砂轮极易磨损和磨削路径过长等问题,制约了其加工精度和加工效率的提高。为此,本项目开展了CVD金刚石砂轮表面的跨尺度结构化皮秒脉冲激光加工研究,开发了水膜辅助激光加工CVD金刚石加工系统,优化了CVD金刚石的皮秒激光烧蚀加工工艺,制备了表面同时具有毫米级结构和微米级阵列的新型CVD金刚石砂轮,并以此为磨削工具用于微结构表面的加工制造。建立了结构化CVD金刚石的三维形貌模型,利用模型对结构化CVD金刚石磨削工具的磨削液流场进行了仿真分析。探究了结构化参数对结构化CVD金刚石磨削工具磨削性能的影响。针对碳化硅陶瓷等硬脆材料,揭示了跨尺度结构化CVD金刚石砂轮作用下的硬脆材料磨削机理,建立了基于跨尺度结构化CVD金刚石砂轮的硬脆微结构表面超精密磨削工艺,进行了微结构表面的仿真模拟与实验研究,实现了从目标的工件微结构表面到结构化砂轮制备以及磨削工艺参数选择的逆向设计,并研究了磨削回转轴对称菲涅尔微结构时的表面波纹度特征。研究了结构化参数对结构化CVD金刚石磨削工具磨损特性的影响,提出跨尺度结构化CVD金刚石砂轮的磨损在线监测方法,并进行了跨尺度结构化CVD金刚石砂轮磨削柱面及微齿螺纹微结构表面的实验研究,最终形成了具有自主知识产权的面向硬脆微结构表面的跨尺度结构化CVD金刚石砂轮精密磨削理论及技术,从而为实现硬脆微结构表面的高精度和高效率制造奠定了坚实的技术基础。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(14)
An investigation of the surface waviness features of ground surface in parallel grinding process
平行磨削过程中磨削表面表面波纹度特征的研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2019.105351
  • 发表时间:
    2020-03-15
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Pan, Yongcheng;Zhao, Qingliang;Wu, Xiaoqiao
  • 通讯作者:
    Wu, Xiaoqiao
Three-dimensional topography modelling and grinding performance evaluating of micro-structured CVD diamond grinding wheel
微结构CVD金刚石砂轮三维形貌建模及磨削性能评价
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2022.108079
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Zhenfei Guo;Bing Guo;Guicheng Wu;Yang Xiang;Qingyu Meng;Jianfei Jia;Qingliang Zhao;Kenan Li;Zhaoqi Zeng
  • 通讯作者:
    Zhaoqi Zeng
High-Speed Dicing of SiC Wafers with 0.048 mm Diamond Blades via Rolling-Slitting.
使用 0.048 mm 金刚石刀片通过滚切对 SiC 晶圆进行高速切割
  • DOI:
    10.3390/ma15228083
  • 发表时间:
    2022-11-15
  • 期刊:
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Feng Y;Li K;Dou Z;Zhang Z;Guo B
  • 通讯作者:
    Guo B
Ultra-precision grinding of AlON ceramics: surface finish and mechanisms
AlON 陶瓷的超精密磨削:表面光洁度和机理
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2019.05.005
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of the European Ceramic Society
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Chunyu Zhang;Bing Guo;Qingliang Zhao;Han Liu;Jinhu Wang;Jian Zhang
  • 通讯作者:
    Jian Zhang
Fundamental study on damage-free machining of sapphire: Revealing damage mechanisms via combining elastic stress fields and crystallographic structure
蓝宝石无损伤加工的基础研究:结合弹性应力场和晶体结构揭示损伤机制
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2019.07.052
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xingshi Gu;Qingliang Zhao;Hao Wang;Junmin Xue;Bing Guo
  • 通讯作者:
    Bing Guo

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同沉积期钙富集过程解析与形成机制研究
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭兵;杨秋辉;黄蔚;徐保平
  • 通讯作者:
    徐保平
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭兵
  • 通讯作者:
    郭兵

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郭兵的其他基金

大长径比微齿内螺纹力可控精密磨削基础研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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