原子层刻蚀:工艺、材料兼容性与应用研究进展

摘要:原子层刻蚀(Atomic Layer Etching,ALE)是一种基于“表面改性-刻蚀”循环机制的原子级精度材料去除技术,凭借其单层自限性、高选择性和三维均匀性,被广泛应用于半导体制造、纳米器件加工及光电子器件开发等领域。根据刻蚀过程所需能量来源不同,ALE 技术主要分为热原子层刻蚀(T-ALE)、激光原子层刻蚀(L-ALE)、离子束原子层刻蚀(IB-ALE)和等离子体原子层刻蚀(P-ALE)。文章综述了各类ALE 技术的基本原理、工艺特征及最新研究进展,重点探讨了等离子体原子层刻蚀(P-ALE)在硅基材料、氮化硅、氧化硅及过渡金属化合物等体系中的最新应用。同时,对比国内外发展现状,提出国内ALE 技术有待突破多材料兼容性、工艺稳定性及环保前驱体开发等挑战。最后,展望了ALE技术的未来发展方向,包括激光-等离子体耦合工艺、机器学习驱动的智能化控制及低全球变暖潜能值(GWP)气体替代,为下一代原子级制造技术的研发与应用提供理论支撑。

电弧熔丝增材制造控形技术研究现状与展望

摘要: 金属增材制造是制造强国战略下推动我国高端装备制造业转型升级的重点发展方向。电弧增材制造以其高沉积效率、低成本、可进行复杂结构直接成形等优势受到了广泛的关注。但增材过程中涉及的物理过程复杂,成形质量与精度面临很大挑战。针对电弧增材制造技术短流程、长周期的制造特征,讨论如何从热源上降低成形偏差、从过程上降低制造误差、从结果上改善成形精度,介绍了一系列创新的热源调制、过程控制与结果优化的方法策略,总结了现有技术存在的问题与面临的挑战,为如何进一步提升电弧增材过程的成形控制效果提出了几点思考。

压力敏感涂料技术在涡轮叶片和平面叶栅中的应用进展

摘要:由于传统压力测量技术难以实现涡轮叶片表面压力分布的连续监测,因此,开发新型测量技术变得尤为迫切。压力敏感涂料作为一种非接触式的光学表面压力测量技术,其以低成本、高空间分辨率、全域测量能力以及对气动流场影响小的显著优点,已经成为压力测量领域的一个研究热点。本文从实验装置设计、测量结果分析等多个维度,详细介绍了压力敏感涂料技术在涡轮叶片和平面叶栅压力测量中的应用现状,深入讨论了实验设备参数选择、测量布局优化等关键问题。同时,结合国内外的研究与应用案例,探讨了压力敏感涂料技术在叶片表面压力测量领域所遇到的挑战和发展前景。

高温耐磨合金的研究进展

摘要:高温耐磨合金是现代工业和重大装备的关键基础材料,已开发出钴基、镍基、铁基、Ni-Al 基和Nb-Si 基合金以及高熵合金等众多合金体系,在航空航天、轨道交通、能源动力、石油化工等领域应用广泛。介绍了不同材料体系高温耐磨合金的成分特点、显微组织及性能,总结了合金的相关制备技术及其优缺点和适用范围;重点分析了合金元素和加工方式对高温耐磨合金组织及性能的影响。提出了目前高温耐磨合金存在的问题,指出未来应聚焦于合金摩擦学行为的研究和低成本、高性能替代材料的开发。

机器人在管道提升式深海采矿系统中智能化的挑战与发展趋势

摘要:近年来对深海矿物资源的开采需求逐步增大,为了解决传统的管道提升式采矿系统的缺陷,提出将智能化机器人引入来实现高效、精准的矿物采集和结构物的健康监测。但由于深海环境复杂,与陆地上机器人相比,水下机器人的设计需要考虑海洋带来的阻力、噪声等多方面的影响。从水动力学、水下定位和水下视觉3个方面介绍了管道提升式深海采矿系统中采矿机器人的发展与技术难点,概述了机器人管道检测技术。探讨了深海资源开采水下机器人的技术发展方向。

功率超声波在电弧焊接技术中的研究现状和应用进展

摘要:功率超声波具有节能、环保、高效以及可提高焊接质量等优点,在弧焊中具有广泛应用前景。概述了功率超声波在弧焊领域的发展情况,讨论了超声波的几种特殊效应以及功率超声辅助在各种焊接方法中的应用特点,并对未来超声波技术在电弧焊接中的研究方向进行了展望,希望对电弧焊接过程中的超声技术进行基础研究与工程应用的焊接学者提供一些有价值的参考。

采煤机滑靴材料表面改性技术研究现状与展望

摘要:概述了我国西北以及西南矿区井下水的水质特征以及采煤机工作时的工况环境,归纳了滑靴的腐蚀与磨损失效行为,并分析了失效关联机制。在此基础上,综述了以基体表面淬火、堆焊耐磨材料以及熔覆耐磨涂层为代表的表面改性技术研究进展,归纳了中频、高频淬火以及堆焊耐磨材料的技术特点,分析了其存在的问题以及应用的局限性。详述了近年来采煤机滑靴防护用铁基、镍基以及陶瓷复合涂层的最新研究成果,分别从涂层厚度、界面结合强度、微观结构与抗磨损性能等方面对3 种涂层的优缺点进行了评价,并探讨了现有研究中存在的不足,以期为采煤机滑靴表面防护技术的发展提供参考。

带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

摘要:针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题,以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象,根据巷道参数和更换托辊流程,研究不停机更换托辊机器人,制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究,利用SolidWorks软件建立机器人三维实体模型,并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ANSYS Workbench软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析,伸缩支撑平台采用滑轨式结构,滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为15.647MPa和66.395MPa,最大变形位移出现在额定载荷条件下,位移为1.0742mm。皮带举升机构选用剪叉式结构,额定举升时最大应力为152.82MPa,最大位移为0.7331mm。依据设计参数加工机器人样机,以功率为64kW 的柴油发动机为动力,通过液压马达驱动履带行走,速度范围在3~8km/h,姿态调整平台可实现升降高度0~357mm、俯仰角度±15°、侧倾角度-4°~7°、旋转角度-10°~20°、横移范围0~400mm、纵移范围0~350mm,多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台0~2.1m 伸缩,采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证,结果表明:机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好,伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为241mm,为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求,研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。

从机理到数据:超快激光加工工艺建模方法研究综述

摘要:超快激光加工凭借高精度、非热熔特性成为微纳制造的关键技术,但复杂的多物理场耦合机理给工艺优化带来挑战。综述了超快激光加工建模方法的演进路径:机理模型(如双温方程、分子动力学)虽具物理可解释性,但面临计算复杂、跨尺度建模难的问题;数据驱动模型(机器学习、深度学习)通过挖掘实验数据提升预测效率,但依赖数据质量且缺乏物理一致性;混合模型融合机理与数据优势,通过物理约束机器学习等方法平衡可解释性与计算效率。研究指出,未来需突破跨尺度物理嵌入、动态工艺自适应建模及智能优化等关键方向,推动超快激光加工从“经验试错”向“模型驱动”范式转变,为航空航天、生物医疗等领域的精密制造提供理论支撑。

超疏水减阻表面制备与应用研究进展

摘要:流体介质中运动体的阻力优化成为多学科交叉的前沿研究领域。研究表明,船舶和水下航行器的摩擦阻力分别占总阻力的50%和70%,不仅增加了燃料消耗和碳排放,还限制了深海探测等技术的发展。超疏水表面因其独特的微纳米结构和优异的疏水性能,显著降低了流体与固体表面的摩擦阻力,为减阻技术开辟了新方向。本文系统综述了超疏水表面减阻技术的最新进展,涵盖以下四个方面:首先,从理论层面解析超疏水表面的减阻机理,重点探讨空气层稳定性和滑移效应对减阻的影响;其次,详细阐述超疏水表面的制备技术,如化学蚀刻、激光加工、电沉积、模板法等,分析其优缺点,并总结主流测试方法,包括速度测量法、直接测力法、扭矩测量法和压降测量法;再次,归纳超疏水表面在船舶、管道输送、微流控芯片及医疗设备等领域的应用案例,展示其在提升能源效率、降低运营成本及推动绿色转型中的潜力;最后,结合当前技术挑战,展望了超疏水表面减阻规模化应用的前景。