纳米放电加工方法研究

针对具有跨纳微尺度特征的金属及部分非金属材料构件的制造需求，以刚刚兴起且颇具潜力的纳米放电加工为对象，通过观察和实验，研究纳米放电现象及其放电击穿及材料蚀除机理；分析纳米间隙中界面作用及多场耦合的作用并建立纳米放电加工物理模型，对材料的相变（气化、液化、再固化）及材料的去除机制进行定性或半定量描述。分别采用分子动力学模拟和有限元分析结方法，对纳米尺度间隙放电击穿及材料去除过程进行建模与仿真，以更加精确地理解和描述发生在纳米级空间和纳秒级时间的放电加工的特殊内在机理。在解决上述科学问题的同时，实现满足纳微放电加工要求的高品质甚高频脉冲电源及实验观测系统，并开展工艺实验，突破放电加工的纳、微尺度界限，探索具有跨越纳/微/宏尺度能力的加工技术。

本项目以纳米尺度放电加工方法为对象，研究其在纳米尺度下实现加工的新现象和新机理。构建了基于扫描探针显微镜的纳米放电加工实验平台，探索了纳米尺度放电过程的现象和加工特性，加工获得了直径为10 nm到100 nm尺度的蚀坑。还探索了基于场致射流原理的微纳米放电加工方法，可以有效解决电极损耗问题。针对纳米尺度间隙放电特有的尺度限制，分别采用了PIC/MCC粒子模拟研究了加工过程中纳米放电通道的特性，与微米尺度放电通道进行对比；采用了FEM模拟构建针尖-间隙-样品模型，定性和半定量地研究了纳米放电加工中的关键过程参数对于样品材料蚀除的影响；采用了分子动力学方法模拟了纳米放电加工过程中原子间的相互作用和运动轨迹。项目从工艺试验和模拟计算两方面出发，验证了纳米放电加工的可行性和优越性，优化了纳米放电加工的过程参数，深入研究了纳米放电加工过程的机理和特性。该项目培养博士生一名，硕士生一名，发表SCI/EI及国际会议论文共7篇。