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辛勤耕耘,奋斗在超精密加工国际前沿领域 ——记机械工程学院优秀共产党员张振宇
2016-10-18 18:10  

辛勤耕耘,奋斗在超精密加工国际前沿领域

——记机械工程学院优秀共产党员张振宇



张振宇,大连理工大学机械工程学院教授,博士生导师,主要研究方向为超精密加工技术。教育部首届青年长江学者、国家优秀青年科学基金获得者、教育部新世纪优秀人才、澳大利亚昆士兰大学博士后奖学金获得者、大连理工大学首届星海青千(A类)、第二届星海杰青、清华大学优秀博士后奖、宝钢教育奖获得者。



孜孜以求探索创新

习总书记提出“创新是引领发展的第一动力”。创新驱动是国家命运所系,创新强则国运盛、创新弱则国运殆。推进创新驱动发展战略是适应国家发展新形势的迫切需求。作为一名共产党员,应该积极响应党中央提出的创新驱动发展战略。落实到具体行动上,应该辛勤耕耘,勇攀科技高峰。为国家做出贡献,同时实现自己的人生价值,也为国家和社会培养优秀人才以及栋梁之才,是我们普通共产党员教师义不容辞的责任和义务。

除了积极承担机械工程学院的本科教学外,根据国家的重大需求,结合自身的研究背景和特色,辛勤耕耘,选择奋斗在超精密加工国际前沿领域。单点金刚石纳米深度划擦机理是超精密研磨、超精密抛光和超精磨磨削的基本原理,因此得到国际先进制造领域的广泛关注。目前国际上主要有三种单点金刚石纳米深度划擦方法:原子力显微镜划擦法、纳米压痕仪划擦法和微移动平台划擦法。这三种方法的共同点是划擦速度在μm/s量级,与实际的加工速度m/s量级,相差六个量级,因此到目前为止,单点金刚石纳米深度高速划擦机理尚不清楚。针对这个国际难题,课题组经过调研和阅读国际文献,与博士生王博进行了多次讨论与试验,最终我们选用毫米级的天然金刚石,采用超精密磨削和铸铁盘抛光的方法自主设计制造了亚微米曲率半径的单点金刚石针尖。用精密与特种加工教育部重点实验室的超精密磨床,设计并制造了单点金刚石高速划擦盘,在超精密磨床上实现了8.4和15 m/s的单点金刚石纳米深度高速划擦新方法。并采用聚焦离子束和高分辨透射电镜对划痕进行了测试和表征。发现在第一个磨屑产生的地方,亚表面仅含有一层非晶层,与传统的划擦机理发现的亚表面含有一层非晶层下面是晶体损伤层不同。针对试验测试磨屑起始点和脆塑转变点两个关键点的难题,我们计算了两个关键点的力、应力、位移。相关研究成果发表于国际制造领域的权威机构-国际生产工程研究院年刊-CIRP Annals-Manufacturing Technology 64 (2015)349-352,得到了国际同行的认可。本年度CIRP Annals共发表149篇文章,其中6篇文章来自中国大陆。部分研究成果发表于Nature系列期刊Scientific Reports 5 (2015)16395。单点金刚石纳米深度高速划擦为超精密研磨、超精密抛光和超精密磨削机理研究提供了新方法,为单点金刚石高速划擦开辟了新途径。

软脆晶体碲锌镉和碲镉汞广泛应用于航空、航天、核辐射探测、医学成像、红外成像等领域,具有优异的光电性能。但是也具有软脆特性,是一种难加工材料。软脆晶体的超精密加工技术是高性能器件与装备的核心制造技术,由于涉及国家安全、高科技竞争以及商业秘密,被欧美等国家垄断,对我国实行严格的封锁与限制,必须依靠自主研发来解决。

软脆晶体的超精密加工技术是国家的重大需求,也是国际先进制造领域的难点和热点。传统的加工采用游离磨料研磨-抛光和有毒的溴甲醇、强酸和强碱做抛光液和刻蚀剂,容易产生崩边、破碎、划痕、和游离磨料嵌入等加工缺点,而且这种加工方法对操作者和环境具有重大的潜在危害。针对这个国际难题,我们多次试验,采用固结磨料研磨克服了游离磨料容易嵌入加工表面的难题,并研发了新型的绿色环保抛光液,主要含有硅溶胶、双氧水和食用果酸,解决了强酸、强碱和有毒的溴甲醇抛光液对操作者和环境的危害难题。用X射线光电子谱和电化学测试提出了新型化学机械抛光液抛光软脆晶体的机理。相关研究成果发表于Nature系列期刊Scientific Reports 6(2016)22466和6 (2016)26891。

纳米孪晶具有优异的力学、摩擦学和抗氧化性能,并且在提高强度的同时保持了塑性和电学性能,得到了国际学术和产业界的广泛关注。但是,目前的纳米孪晶制造法主要有电镀法(脉冲沉积法)、锻造法(动态塑性变形法)、喷丸法(表面机械研磨法)和烧结法(高温高压法)。这些方法主要是采用有毒的化学试剂或者是高温高压制造纳米孪晶,难以获得均匀的纳米孪晶化表面。并且目前无论是试验还是分子动力学模拟,主要是针对单质铜等开展研究工作,而不是针对工程材料如合金进行研究。针对这个国际难题,课题组研究生黄思玲、杨松、段能东分别从试验和理论方面进行了探索。拟合了三元镍基合金势函数,解决了国际上没有三元镍基合金势函数的难题,并进行了纳米孪晶化分子动力学模拟的研究工作,在理论的指导下,用纳米压痕的方法制造了三元镍基合金的纳米孪晶化表面。研究工作发表在Materials & Design 106 (2016)313-320。

由于研究生的出色工作,王博、段能东和杨松获得了国家奖学金,并且王博和段能东在硕士毕业论文答辩中,分别获得了小组答辩成绩第一名。在毕业季,祝研究生们前程似锦,在不久的将来,再创辉煌、报效祖国、为母校增光!

 

 

                                       


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