2020年“中国机械工程学会会员日”活动 ——【华侨大学脆性材料产品智能制造团队】专访
来源:本站原创 浏览次数: 发表日期:2020-06-09

\

本期嘉宾


徐西鹏,1965年生,1992年毕业于南京航空航天大学,获工学博士学位。1992年底到华侨大学任教。现任华侨大学校长、党委副书记,教授、博士生导师。全国政协委员,福建省科学技术协会委员会副主席。主要学术兼职:国际磨料技术委员会(ICAT)主席(曾任),中国机械工程学会理事,福建省机械工程学会理事长。

长期从事硬脆材料先进加工科学与技术研究。主持国家自然科学基金重点项目等多类科研项目30余项。以第一获奖人获国家科学技术进步二等奖1项、省部级科技奖励一等奖共4项。国家科技创新领军人才,获全国五一劳动奖章、全国优秀科技工作者等荣誉。带领的团队入选科技部创新人才推进计划重点领域创新团队。

团队成员


\

研发队伍固定人员20余人,成员覆盖了机械、材料、检测、光学等多个学科,团队年龄结构合理,曾入选科技部重点领域创新团队和教育部创新团队。

团队简介


一、团队定位

面对我国现有脆性材料加工中智能化程度低、环境污染严重、人力成本高等系列困境。从脆性材料加工机理入手,遵循揭示脆性材料产品制造过程的基本规律与机理,实现脆性材料产品的精密、绿色、高效、智能制造的技术思路。围绕脆性材料加工中的共性、关键性、紧迫性技术难题,从工艺、工具、装备三个方面进行技术攻关,形成一批高技术含量的产业化成果;构建基础研究、产品开发和成果转化平台,及具有特色的成果转化管理体系;建立脆性材料加工技术创新人才培训基地,培养具有创新精神和团队意识的优秀技术团队;建成特色鲜明、国内领先、国际上有重要影响力的科研开发和技术转化创新基地。

二、研究方向

(一)脆性材料加工共性技术研究

立足于多学科交叉,围绕脆性材料特性、材料去除机理、加工性能评价等共性基础科学问题与技术展开研究,从不同维度、尺度等揭示脆性材料去除的内在本质。

(二)超硬材料工具数字化设计与制造

研究超硬磨料工具的检测与量化表征;工具制备过程的磨粒把持机制;工具使役过程中的磨损机理等基本问题;实现工具加工性能的定量化评价与优化。实现新型工具的数字化设计、制造装备开发和制备工艺优化。

(三)石材先进智能制造与装备

以中国建材行业中发展最快的石材产业为应用对象,重点突破常规石材数控智能加工技术、复杂形状石材加工技术、石材建安结构技术、石材绿色制造与回收综合再利用,推动石材产业加工技术升级与产业应用转型,为我国迈入世界石材强国提供技术支撑。

(四)光电材料高效超精密智能制造与装备

针对半导体照明及第三代半导体材料衬底及器件的加工瓶颈,围绕光电半导体生产全流程中的加工工序进行深入研究,实现各加工工序的新工具开发、工艺优化及加工设备研发;结合加工检测分析技术,实现光电材料加工全工艺链优化,形成加工过程全工艺链整体解决方案。为我国在光电半导体加工设备、加工耗材和加工技术等方面彻底摆脱依赖国外进口,探寻切实可行的工程化道路。 

代表性原创成果


一、脆性材料加工共性技术研究

搭建了材料力学性能评价测试平台,可以实现从宏观到纳观、从静态到高速动态、从低频到超声,从常温到高温等不同工况状态的材料力学性能表征,为揭示脆性材料的加工机理提供了基本平台。建立了基于材料力学行为的脆性材料跨尺度加工仿真平台,建立了相应的材料性能测试平台,为仿真研究脆性材料加工机理提供了基本保证。

(一)系统揭示了石材加工过程材料去除机理与能量耗散机制,揭示了加工弧区岩屑形成与作用机制,揭示了石材高效加工过程磨粒群协同成屑机制,揭示了天然石材高光泽度表面形成机理,揭示了机制砂过程岩石破碎机制及机制砂颗粒形态调控机制。相关研究成果在《International Journal of Machine Tools and Manufacture》、《机械工程学报》、《Tribology International》、《Rock Mechanics and Rock Engineering》等学科权威期刊上发表,并在多个国际学术会议上报告交流。

(二)系统揭示了蓝宝石、碳化硅等单晶脆性材料的力学各向异性规律,揭示了蓝宝石在不同磨粒加工载荷与氛围条件下的力学特性与变形机制,揭示了光电材料加工过程中亚表面损伤形成机制,揭示了光电衬底材料纳米级高平坦表面形成机制。相关研究在《International Journal of Machine Tools and Manufacture》、《International Ceramics》《机械工程学报》、《Precision Engineering》、《IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing》等学科权威期刊上发表。在 The International Conference on Diamond and Carbon Materials (ICDCM) 等国际学术会议上报告交流。相关成果获得福建省自然科学论文奖3篇。所指导的博士研究生获得上银优秀机械博士论文奖以及福建省优秀博士学位论文。

(三)提出采用磨粒切削厚度分布特征作为约束磨削过程的基本参量,并以该分布特征为纽带,建立工具状态、加工参数与加工结果之间的映射关系模型,形成一套基于磨粒切厚分布特征约束的高效精密磨削的理论与工艺。顺利完成了国家自然科学基金重点项目(结题评价优秀)。

\

图1  脆性材料去除机理研究

二、超硬材料工具数字化设计与制造

搭建不同超硬材料工具制备平台、搭建了超硬磨粒工具磨粒把持机制研究平台、搭建了基于光学的磨粒/砂轮检测平台,实现从整体砂轮到单颗磨粒的空间位置、三维形貌的跟踪及表征,为评价金刚石磨粒工具的性能,分析金刚石磨粒工具的失效提供了测评平台。

(一)针对金属基金刚石工具磨粒把持力不足这一行业共性技术问题进行突破,找到了导致金刚石磨粒把持力不足的根源与解决办法,成功开发了用于高速切割片、组合锯、等磨损金刚石串珠绳锯、高性能金刚石磨平盘等新工具技术。研究成果在多家企业进行产业化应用,项目整体研究成果获得福建省技术发明一等奖。

(二)针对我国数控刀片附加值低、高端产品依赖进口这行业共性问题,在厦门金鹭特种合金有限公司合作成立了华大-金鹭联合研究中心,针对高档数控刀具设计与制造的关键技术进行了联合攻关,关键技术取得授权发明专利十余项,部分专利技术实现产业化应用,实现对已有刀具制造工艺方法的升级,提升了刀具的品质,产品不仅占领了国内市场,而且远销东亚、中亚和非洲等国家,形成较强的国际竞争力。

(三)开发了基于机器视觉的砂轮表面磨粒分布测量系统、基于显微成像的线锯表面磨粒分布状态测量系统,以及砂轮三维全场磨粒分布系统等。创新性地提出一种全局与局部相结合的测量策略,成功开发了砂轮表面三维形貌全场在位测量系统。解决了测量范围与测量精度的矛盾,实现了对全场磨粒分布位置与磨粒个体参数的综合评价。相关研究成果在国家磨料磨具质量监督检验中心、厦门计量院等单位进行成果应用。

(四)揭示了钎焊工具制备过程金刚石/活性连接机制、热损伤与残余应力形成机理与抑制机制;研究并解决钎焊细粒度金刚石磨料的关键科学与技术问题。研究成果在《Material & Design》《Journal of Materials Processing Technology》《Wear》等领域高水平期刊上发表。

\

图2 超硬材料工具的数字化设计与制造

三、石材先进智能制造与装备

对于福建省传统特色产业石材产业的加工技术进行技术攻关,搭建了石材锯、磨、抛数控化加工平台;搭建了石材三维立体石雕平台;搭建了石屑/陶瓷3D打印实验平台。

(一)针对我国石材行业高能耗、低成材率、低效等的共性技术与工艺问题,开发了包括组合锯技术、窄缝切割技术、高光泽度磨抛技术等系列石材高效切磨抛等在内的石材先进加工技术与工艺,研究成果在多家企业进行工程化应用,极大提高了企业的核心竞争力。于2013年获国家科技进步二等奖。

(二)借助国家科技支撑计划—数控一代子课题:石材数控加工技术。系统研究了石材数控加工机理、技术与工艺,开发了数控金刚石异形绳锯、数控组合圆盘锯机、数控双向切割机、全自动花岗岩连续磨、全自动大理石连续磨、数控高速桥式切机、数控异型石材加工中心等8类石材数控加工设备,并在多家企业进行产业化量产,极大的提升了公司研发实力与产品市场竞争力。

\

图3 石材先进智能制造装备

四、光电材料高效超精密智能制造与装备

面向光电半导体材料高效精密加工,搭建了衬底材料切割、磨削及抛光全流程工艺研究平台,搭建了从晶棒到器件的全流程晶圆质量跟踪系统平台,搭建了固结磨粒技术加工第三代半导体材料的研究平台。

(一)针对LED用衬底材料大尺寸蓝宝石衬底加工的关键技术瓶颈开展应用基础研究,围绕蓝宝石切、磨、抛加工提出了系列新技术,为实现高效、低成本、低蓝宝石材料浪费的大尺寸蓝宝石衬底加工提供整体解决方案和基础理论依据,顺利完成国家自然科学基金海峡联合基金项目(结题评价优秀)。对促进我国LED半导体照明领域向芯片制造的产业链前端转移和技术进步与升级具有明确的意义。

(二)针对第三代半导体衬底制程中使用游离磨料加工效率低、腐蚀液环境污染严重等产业重大问题。提出了基于溶胶凝胶原理的生物高分子磨抛体系以实现磨粒在半固结柔性基体中的“容没”;建立了亚微米及纳米尺度磨粒机械诱导下水与衬底反应实现材料无损去除的加工原理,为高硬度高脆性且耐腐蚀衬底材料的加工开辟了一条基于新原理、新方法和新技术的新思路,成功实现了典型衬底材料的超精密加工制造。相关研究成果在多家半导体企业进行应用,获得直接经济效益上千万,并为多家单位提供晶圆和器件的代加工。加工产品质量相关单位检测达到并部分优于商业片水平。研究成果整体上促进整个第三代半导体产业研究的互助式发展。

(三)与多家国内半导体领域的龙头企业建立了研究生工作站,培养了半导体加工领域紧缺的专业人才,进行订单式人才培养,共建技术研发中心,为行业的产学研用创造经济价值和社会效益。其中,所建立的研究生工作站于2015年被评为福建省专业学位研究生联合培养基地。

\

图4 光电衬底材料的加工流程


会议报名

会议名称:*

真实姓名:*

手机号:*

电子邮箱:*

单位名称:

通讯地址:



版权所有(C)中国机械工程学会极端制造分会 蜀ICP备12029719号