机械电子毕业设计论文开题报告

机械设计制造及其自动化论文开题报告范文

艰辛而又充满意义的大学生活即将结束，大学毕业前大家都要写毕业设计，在做毕业设计之前指导老师都会要求先写好开题报告，来参考自己需要的开题报告吧！下面是我为大家收集的机械设计制造及其自动化论文开题报告论文，欢迎大家分享。

课题名称： 浅谈盒盖注塑模设计

专业：机械设计制造及其自动化

班级:xxx

姓名：XXX

学号：xxx

指导老师：黄xx

一、选题的目的与意义

塑料相对金属，密度小，但强度比较高，绝缘性能优良，具有非常好的抗化学腐蚀性，在机械、化工、汽车、航空航天等领域，塑料已经大规模的取代了金属。目前塑料制件在工业、日常生活各领域几乎无处不在。所以掌握模具设计这一门技巧，对于未来从事相关行业的我们极其重要。在本课题的制做过程中，我们还锻炼使用UG、AUTOCAD等CAD,CAE绘图软件的技巧。使我们在塑件结构设计、塑料成型工艺分析、塑料模具数字化设计、塑料模具零件的选材、热处理、塑料模具零件的制造，以及资料检索、英文翻译等方面获得综合训练，为未来工作适应期奠定坚实的基础。

二、我国模具工业的研究现状及发展趋势

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。

未来我国的模具将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化。二是模具的精度越来越高。三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。四、是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。五、是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。六、是标准件的应用将日渐广泛。七、是快速经济模具的前景十分广阔。八、是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九、是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。十、是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。

三、课题关键问题及难点

1.明确塑件设计要求

仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行性和经济性，必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。

2、运用UG及CAD软件完成模具设计。

分型面应选在塑件外形最大轮廓处。满足塑件的外观质量要求:注塑时分型面处不可避免地要在塑件上留下溢料或拼合缝的痕迹，因此分型面最好不要选在塑件光亮的外表面或带圆弧的转角处。其中分模是最重要的一环。

3、模具结构设计

1).塑件成型位置及分型面选择;

2).模具型腔数的'确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置;

3).模具工作零件的结构设计;

4).顶出机构设计;

5).拉料杆的形式选择;

6).排气方式设计。

4、模具总体尺寸的确定，选购模架

模架已逐渐标准化，根据生产厂家提供的模架图册，选定模架，在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图。

5、模具结构总装图和零件工作图的绘制

模具总图绘制必须符合机械制图国家标准，其画法与一般机械图画法原则上没有区别，只是为了更清楚地表达模具中成型制品的形状，浇口位置的设置，在模具总图的俯视图上，可将定模拿掉，而只画动模部分的俯视图。

模具总装图应该包括必要尺寸，如模具闭合尺寸，外形尺寸，特征尺寸(与注塑机配合的定位环尺寸)，装配尺寸，极限尺寸(活动零件移动起止点)及技术条件，编写零件明细表等。

通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，因此应首先认真绘制，而其余零部件应尽量采用标准件。

四、课题研究进程规划

1、支座三维模型的设计:根据盒盖零件的尺寸，设计出它的三维模型，并分析模型的具体特征，确定注塑模的基本结构。

2、分型面的设计:根据盒盖零件的结构进行拆模，设计型芯、模及定模的分型面。

3、创建塑模模具元件:生成型芯、动模、定模等模具的成型零件。

4、模具的充模、开模仿真:通过充模仿真，检查该模具注塑出的具有单一实体特征的塑件是否符合设计要求;通过开模仿真，检查开模是否能够顺利进行，开模是否发生干涉，从而确定模具设计的合理性。

五、参考文献：

1.张维合编著，注塑模具设计实用教程[M],化学工业出版社，

2.屈华昌主编，塑料成型工艺与模具设计[M],机械工业出版社，

3.屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京:机械工业出版社，1996,1-3

4.刘际泽.塑料制品内与模具设计提案.北京:中国轻工业出版社，2001,4

5.李得群.国外注射模CAD/CAM/CAE发展概况.模具工业，1994,(9):47-53

6.刘跃军，翟金平.聚合物注射成型的过程控制[[J].工程塑料应用，2001,29(9):41-42

7.益小苏.高分子材料的制备与加工.杭州:浙江大学出版社，1997,4-8

8.刑海涛.精品模具申城展风采高水平设备荟萃上海[[J].机械工人/冷加工，2002,(4):1

六、指导教师意见

指导教师签名：

XX年XX月XX日

摘要：分析了公路工程机械学施工设备管理及维护存在的不足，并提出改进和完善措施，包括提高设备管理及维护的思想认识、严格落实设备管理及维护的各项制度、明确职责并提高管理维护人员素质、加强施工现场工程机械学设备的管理与维护、优化管理维护体系并注重动态管理维护，进一步提升机械学设备管理及维护水平。

关键词：公路工程;机械学 施工设备;管理及维护

引言

公路工程施工是一项系统且复杂的工作，为保证施工进度，施工过程中就有必要采用机械学设备。同时，为促进机械学设备作用的有效发挥，加强设备管理及维护是十分必要的。影响公路工程机械学施工设备管理及维护的因素是多方面的，例如，施工现场条件、管理维护人员、管理维护制度等。随着公路工程建设数量不断增多，人们生活水平不断提升，在这样的情况下，加强机械学设备管理与维护，提高管理维护水平无疑具有重要的现实意义。虽然目前施工单位注重管理维护工作，但由于相关制度没有严格落实，一些工作人员管理维护责任意识淡薄，导致管理维护仍然存在缺陷与不足，有必要进一步采取改进和完善措施，从而预防施工机械学设备质量和安全事故发生，降低不必要损失，确保施工进度，提高公路工程施工效益。

1、公路工程机械学 施工设备管理及维护常见问题

机械学设备管理及维护是公路工程施工的重要工作，做好这项工作能确保机械学设备处于良好性能，实现对质量和安全事故的有效预防。并促进机械学设备管理维护水平的提升，推动各项制度措施有效落实，提高管理维护人员责任意识。还可以将设备故障和安全事故消灭在萌芽状态，避免出现不必要损失，保证施工进度，促进公路工程质量的提升。

思想重视程度不够

一些施工单位将工作重心放在市场拓展、加快施工进度、提高工程建设效益方面。对机械学设备管理维护重视程度不够，未能结合具体需要采取有效的管理维护措施，管理维护制度没有严格落实，相应的资金、设备管理维护的投入不足，管理维护人员较少，制约施工建设顺利进行，还可能给公路施工带来不必要损失。此外，尽管公路工程监督工作在保证施工安全、提高设备性能方面起着十分重要的作用，但也存在问题与不足。总的来说，表现在以下方面：没有对管理维护单位和工作人员的责任和义务进行详细规定，没有明确管理维护的地位，尚未完全确定其职能，没有清晰认识其作用，导致机械学设备管理维护不到位。

管理维护措施没有落实

虽然公路施工单位普遍建立机械学设备管理维护制度，明确管理维护的目标、流程和相关工作人员职责。但由于管理维护人员责任意识淡薄，没有严格落实这些制度措施，施工中也未能采取有效的机械学设备管理维护方法，难以及时发现设备隐患，不利于提高管理维护水平。此外，机械学设备故障防范工作不到位。一些施工人员进入现场施工时，没有严格遵循规范要求进行机械学设备操作，预防性养护不足，日常巡视和维护不足，施工现场管理维护不到位，存在安全隐患，制约机械学设备性能的有效发挥。

设备管理及维护方面的不足

为保证公路施工安全，加强机械学设备管理维护，落实管理及维护制度是十分必要的。管理维护制度在保证工程质量、工期等方面发挥重要作用，也得到社会普遍认可。但这些制度未能有效落实，面临不少问题，机械学设备管理维护工作面临更多问题和更严峻的挑战。例如，施工单位的业务竞争越来越激励，随着管理维护制度的建立，施工单位数量越来越多，它们之间的业务竞争愈演愈烈。在这种情况下，施工单位不得不探索新的方式方法，以便在竞争中占据有利地位，促进自身发展，有可能忽视机械学设备的维护与管理。但一些施工单位的机械学设备管理维护人员素质不高，主要表现为专业知识缺乏、实际经验不够，业务素质不高，不认真履行职责，影响机械学设备管理及维护水平的提升。

2、公路工程机械学 施工设备管理及维护的完善建议

为有效应对公路工程机械学施工设备管理及维护的不足，结合公路工程施工建设具体情况，笔者认为应该从以下方面采取改进和完善措施。

提高设备管理及维护的思想认识

施工单位和相关领导应该提高机械学设备管理及维护的思想认识，认识到加强该项工作对推动施工顺利进行，提高工程建设质量和效益的重要意义。并制定和完善机械学设备管理及维护措施，在资金、人员等方面加大支持力度，为提高管理维护水平奠定良好基础。

严格落实设备管理及维护的各项制度

结合公路工程施工需要，健全机械学设备管理维护的各项制度措施，促进施工顺利进行，推动管理维护的制度化和规范化。同时还要明确相关单位和工作人员职责，严格落实管理维护各项制度措施，建立严格的责任制，将制度有效落到实处，促进机械学设备管理维护水平不断提升，使机械学设备综合性能得到最佳发挥。重视机械学设备管理，合理摆放，满足施工需要。重视各种检测设备和检测手段应用，掌握设备运营基本情况，提高机械学设备管理维护效果。加强机械学设备检查工作，开展现场巡视和检查，及时排除存在的隐患，促进机械学设备综合性能得到最佳发挥。

明确职责并提高管理维护人员素质

公路工程施工机械学设备管理及维护工作的主要职责是：负责检查和巡视施工机械学设备，定期和不定期开展检查工作，掌握设备运营基本情况，及时发现和处理存在的缺陷，使机械学设备更好地运营和发挥作用。为此，机械学设备管理及维护应该贯穿于工程建设全过程，对保证公路施工工作安全有序进行，促进员工遵守管理维护各项规定，保证公路工程质量和效益具有十分重要的意义。结合公路工程建设实际情况，可以采取以下措施来落实管理维护的各项措施：引进和培养高素质的管理维护人才，不断提高从业人员素质。加强公路施工管理维护人员职业道德建设，不断提高工作人员职业道德水平，严格遵循规章制度进行机械学设备管理维护工作。加强管理维护队伍建设，建立高素质、高水平的工作队伍，为提高机械学设备管理维护水平提供保障。注重施工人员培训，使他们严格遵循规范要求操作，预防故障发生。

加强施工现场工程机械学设备的管理与维护

注重设备管理维护人员的管理培训，提高安全防范意识，严格按照规范要求进行设备维护，及时发现和处理存在的缺陷。完善机械学设备管理及维护各项制度措施。事实上，公路工程机械学设备管理及维护工作面临很多问题与挑战，根据这些问题与挑战，结合公路工程建设实际情况，应该提高思想认识，确保机械学设备处于良好性能和工作状态。加强公路施工现场巡视和检测，定期和不定期开展巡视，做好施工机械学设备日常巡视工作，确保设备处于良好性能和运营状态，有利于保证施工进度，提高工程建设质量和效益。建立并落实机械学设备管理维护措施，及时排除存在的各种隐患，促进机械学设备管理维护水平提升。

优化管理维护体系并注重动态管理维护

例如，优化机械学设备管理维护体系，对管理维护现状进行全面掌握，明确管理维护任务。改进管理维护方案，明确管理维护组织职能，完善相应的报告机制，提前采取预防和控制措施，减少现场机械学设备安全事故的发生概率，提高安全事故预控能力，有效预防机械学设备安全事故发生。进行机械学设备动态管理与维护，加强现场基本情况调查，利用信息技术和现代计算机技术，进行动态管理维护是十分必要的。建立机械学设备管理维护数据库，全面掌握基本情况和现状，分析相关数据资料，为健全和完善管理维护体系提供参考和依据，为提高机械学设备管理维护水平提供有效的数据和技术支撑。

3、结语

文章主要对公路工程机械学设备管理及维护措施进行研究，机械学设备管理维护是一项系统和复杂的工作，涉及到工程的方方面面。在工程建设中需要做好管理维护工作，重视管理维护措施的有效应用。然而，目前还有很多方面值得研究和完善。例如建立管理维护预警机制，实施动态管理维护等，需要深入研究和探讨，并将其应用到管理维护实践中，进一步提升机械学设备管理及维护水平。

参考文献：

[1]曹琳.公路工程机械学施工设备管理及维护常见问题[J].汽车维修，2015(2)：2-3.

[2]张清江.公路工程机械学施工设备管理与维护探讨[J].江西建材，2016(3)：202-203.

[3]曹明辉.公路工程施工中的机械学设备管理[J].建筑机械学技术与管理，2011(3)：145-47.

[4]刘义丰，滕居根.公路工程的机械学设备维护及管理问题探析[J].中国高新技术企业，2015(6)：119-120.

1课题名称数控铣床及加工中心产品设计2选题理由制造技术是各国经济竞争的重要支柱之一，经济的成功在很大程度上得益于先进的制造技术，而机床是机械制造技术重要的载体，它标志着一个国家的生产能力和技术水平。机床工业是国民经济的一个重要先行部门，担负这为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，以1994年为例，全世界基础的消费额达亿美元。其中美国的消费额56亿美元、中国亿美元。所以，在我国国民经济建设中，机床工业起着重要的作用。然而在机械制造业中，大批大量生产时采用专用机床、组合机床、专用自动线等并配以相应的工装，这些设备的初期投资费用大、生产准备时间长，并且不适应产品的更新换代。单件小批生产时，由于产品多变而不宜采用专用机床，特别是在国防、航空、航天和深潜的部门，其零件的精度要求非常高，几何形状也日趋复杂，且改型频繁，生产周期短，这就要求迅速适应不同零件的加工。书空机床就是在这样的背景下产生和发展起来的一种新型自动化机床，它较好的解决了小批量、品种多变化、形状复杂和精度高的零件的自动化加工问题。随着计算机技术，特别是微型计算机技术的发展及其在数控机床上的应用，机床数控技术正从普通数控向计算机数控发展。一个国家数控机床的拥有量（相对值），标志着这个国家机械制造业的现代化程度。数控铣床和加工中心因其特有的加工方式及其加工范围广在数控机床中占有重大的比例，因此研究《数控铣床及加工中心产品设计》具有重大意义。3国内外研究现状当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。例如：在19世纪初时是1mm级，到20世纪初时提高到了级．而近30年来，普通机械加工的精度已从提高到级，精密加工的精度已从1um级提高到级，超精密加工的精度已从0.～级进入纳米级．在表面粗糙度方面，日本用萤光碳素泡沫抛光剂和细微SiO2粉末抛光工作，成功获得了小于的表面粗糙度．过去们只注意表面粗糙度、波度和纹理等表面特征，忽视了表面之下范围内的内部效应，即次表面效应对零件可靠性的影响．这方面尚需深入研究，采取相应措施，方能提高产品的质量和使用寿命及可靠性．中国於1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在1958～1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。4研究内容：1.按图纸要求制定真确的工艺方案2.选择合理的刀具和切削工艺参数3.编写数控加工程序5研究方法：首先阅读大量相关文献资料,教材及新闻背景资料,包括机械制造的原理及方法，质量管理应用,数控机床现有技术水准,国际水平探讨方面的书籍,报刊.以了解可靠性的内容,质量管理的概况和数控机床领域的基本知识体系.然后通过调研,进一步了解企业现状及需求.接下来进行分析与设计.确定数据来源的真实准确.再进行系统设计由于现有设备所采用的是分析设计方法,因此可以首先对原有设备进行适当的测试与调试,然后使用快速原型方法来提高加工质量,等得到企业有效的反馈信息后再可以考虑用统计分析法和棕合法进行接下去的再分析,再设计6进展按排：1准备阶段（12月15日～12月30日）．搜集有关资料，准备参考资料2完成开题报告及论文大纲交老师批阅（1月1日～1月15日）3依据论文大纲完成论文一稿交老师批阅（1月16日～3月10日）4完成论文二稿交老师批阅（3月11日～4月10日）5完成三稿（4月11日～4月30日）6完成相关论文简介、答辩提纲，准备答辩阶段（5月1日～5月10日）7毕业设计答辩阶段（5月中旬）7主要参考资料：1周昌治，杨忠鉴，赵之渊，陈广凌，机械制造工艺学，，重庆大学出版社出版，2006年12月第6次印刷，2张丽华，马立克，数控编程与加工技术，大连理工大学出版社，2006年7月第2版4.杨建明，数控加工工艺与编程，北京理工大学出版社，2007年4月第3次印刷5.吕天玉，宫波，公差配合与测量技术，大连理工大学出版社，2006年7月第3次印刷6.高波，机械制造基础，大连理工大学出版社，2006年8月第1次印刷7.黄鹤汀，王芙蓉，金属切削机床（上册），机械工业出版社，2006年7月第1版?第10次印刷8成果形式:以论文的形式完成

好大课题，包含的内容很全面，好好干吧，以后上班了真的用的上！！！看看课本，开题报告就是有差不多的就抄就行了，设计过程中有不懂的查询《机械设计手册》（共五卷）《机械加工工艺手册》（3卷）里面什么什么都有，学校图书管应该有

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fever)。这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高弹性模量之外，还具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、声学、电化学性能(见表1)和极佳的化学稳定性。大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(PCD)制品)。而采用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异物理化学性能的可能性。经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学性质方面和最高质量的IIa型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。表 1 金刚石膜的性质Table 1 Properties of chamond filmCVD 金刚石膜天然金刚石点阵常数 (Å)密度 (g/cm3)比热 Cp(J/mol,(at 300K))弹性模量 (GPa)910-12501220*硬度 (GPa)50-10057-100*纵波声速 (m/s)18200摩擦系数热膨胀系数 (×10 -6 ℃ -1)***热导率 (W/)2122*禁带宽度 (eV)电阻率 (Ω.cm)1012-10161016饱和电子速度 (×107cms-1)*载流子迁移率 (cm2/Vs)电子1350-15002200**空隙4801600*击穿场强 (×105V/cm)100介电常数光学吸收边 (□ m)折射率 ( □ m)光学透过范围从紫外直至远红外 ( 雷达波 )从紫外直至远红外 ( 雷达波 )微波介电损耗 (tan □)＜ 注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(Invar)合金相当。2．2金刚石膜的制备方法化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物(如甲烷)的裂解，如：热高温、等离子体CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子氢。除甲烷外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳氢化合物，乙醇，酮，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。常用的沉积方法有四种：(1)热丝CVD；(2)微波等离子体CVD；(3)直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃烧火焰沉积。在这几种沉积方法中，改进的热丝CVD(EACVD)设备和工艺比较简单，稳定性较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。微波等离子体CVD是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。微波等离子体CVD的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备成本较高。采用高功率微波等离子体CVD系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。直流电弧等离子体喷射(DC Arc P1asma Jet)是一种金刚石膜高速沉积方法。由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子氢浓度，使其成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。特殊设计的高功率JET可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的高速沉积。我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特色和独立知识产权的高功率De Are Plasma Jet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破性进展。目前已接近国外先进水平。2．3金刚石膜研究现状和工业化应用20余年来，CVD金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然IIa型金刚石单晶的水平(见表1)。在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。光学(主要是军事光学)应用已经接近产业化应用水平。金刚石膜场发射和真空微电子器件、声表面波器件(SAW)、抗辐射电子器件(如SOD器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质性进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显著进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。金刚石高温半导体芯片即将问世。鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的机械强度和良好化学稳定性的异性能组合(见表1)使其成为最理想的工具和工具涂层材料。金刚石膜工具可分为金刚石厚膜工具和金刚石薄膜涂层工具。2．4．1金刚石厚膜工具金刚石厚膜工具采用无衬底金刚石白支撑膜(厚度一般为0．5mm～2mm)作为原材料。目前已经上市的产品有：金刚石厚膜焊接工具、金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜砂轮修整条、高精度金刚石膜轴承支架等等。金刚石厚膜焊接工具的制作工艺为：金刚石自支撑膜沉积→激光切割→真空钎焊→高频焊接→精整。金刚石厚膜钎焊工具的使用性能远远优于PCD，可用于各种难加工材料，包括高硅铝合金和各种有色金属及合金、复合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金属材料等的高效、精密加工。采用金刚石厚膜工具车削加工的高硅铝合金表面光洁度可达V12以上，可代替昂贵的天然金刚石刀具进行“镜面加工"。金刚石膜拉丝模芯可用于拉制各种有色金属和不锈钢丝，由于金刚石膜是准各向同性的，因此在拉丝时模孔的磨损基本上是均匀的，不像天然金刚石拉丝模芯那样模孔的形状会由于非均匀磨损(各向异性所致)而发生畸变。金刚石膜修整条则广泛用于机械制造行业，用作精密磨削砂轮的修整，代替价格昂贵的天然金刚石修整条。这些产品已经在国内外市场上出现，但目前的规模还不大。其原因是：(1)还没有为广大用户所熟悉、了解；(2)面临其它产品(主要是PCD)的竞争；(3)虽然比天然金刚石产品便宜，但成本(包括金刚石自支撑膜的制备和加工成本)仍然较高，在和PCD竞争时的优势受到一定的限制。高热导率(≥10W／em．K)金刚石自支撑膜可作为诸如高功率激光二极管阵列、高功率微波器件、MCMs(多芯片三维集成)技术的散热片(热沉)和功率半导体器件(Power ICs)的封装。在国外已有一定市场规模。在国内，南京天地集团公司和北京人工晶体研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金刚石公司，生产和销售金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜修整条和金刚石厚膜焊接工具及其它一些金刚石膜产品。该公司大约在2000年左右渡过了盈亏平衡点，但目前的规模仍然不很大。国内其它一些单位，如北京科技大学、河北省科学院(北京科技大学的合作者)、吉林大学、核工业部九院、浙江大学、湖南大学等都具有生产金刚石厚膜工具产品的能力，其中有些单位正在国内市场上小批量销售其产品。2．4．2金刚石薄膜涂层工具金刚石薄膜涂层工具一般采用硬质合金工具作为衬底，金刚石膜涂层的厚度一般小于30lxm。金刚石薄膜涂层硬质合金工具的加工材料范围和金刚石厚膜工具完全相同，在切削高硅铝合金时一般均比未涂层硬质合金工具寿命提高lO～20倍左右。在切削复合材料等极难加工材料时寿命提高幅度更大。金刚石薄膜涂层工具的性能与PCD相当或略高于PCD，但制备成本比PCD低得多，且金刚石薄膜可以在几乎任意形状的工具衬底上沉积，PCD则只能制作简单形状的工具。金刚石薄膜涂层工具的另一大优点是可以大批量生产，因此成本很低，具有非常好的市场竞争能力。金刚石薄膜涂层硬质合金工具研发的一大技术障碍是金刚石膜与硬质合金的结合力太差。这主要是由于作为硬质合金粘接剂的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金刚石在Co上形核孕育期很长，同时Co对于石墨的形成有明显的促进作用，因此金刚石是在表面上形成的石墨层上面形核和生长，导致金刚石膜和硬质合金衬底的结合力极差。在20世纪80年代和90年代无数研究者曾为此尝试了几乎一切可以想到的办法，今天，金刚石膜与硬质合金工具衬底结合力差的问题已经基本解决。尽管仍有继续提高的余地，但已经可以满足工业化应用的要求。在20世纪后期，国外出现了可以用于金刚石薄膜涂层工具大批量工业化生产的设备，一次可以沉积数百只硬质合金钻头或刀片，拉开了金刚石薄膜涂层工具产业化的序幕。一些专门从事金刚石膜涂层工具生产的公司在国外相继出现。目前，金刚石薄膜涂层工具主要上市产品包括：金刚石膜涂层硬质合金车刀、铣刀、麻花钻头、端铣刀等等。从目前国外市场的销售情况来看，销售量最大的是端铣刀、钻头和铣刀。大量用于加工复合材料和汽车工业中广泛应用的大型石墨模具，以及其它难加工材料的加工。可转位金刚石膜涂层车刀的销售情况目前并不理想。这是因为可转位金刚石膜涂层刀片的市场主要是现代化汽车工业的数控加工中心，用于高硅铝合金活塞和轮毂等的自动化加工。这些全自动化的数控加工中心对刀具性能重复性的要求十分严格，目前的金刚石膜涂层工具暂时还不能满足要求，需要进一步解决产品检验和生产过程质量监控的技术。目前国外金刚石膜涂层工具市场规模大约在数亿美元左右，仅仅一家只有20多人的小公司(美国SP3公司)，去年的销售额就达2千多万美元。国内目前尚无金刚石膜涂层产品上市。国内不少单位，如北京科技大学、上海交大、广东有色院、胜利油田东营迪孚公司、吉林大学、北京天地金刚石公司等都在进行金刚石膜涂层硬质合金工具的研发，目前已在金刚石膜的结合力方面取得实质性进展。北京科技大学采用渗硼预处理工艺(已申请专利)成功地解决了金刚石膜的结合力问题，所研制的金刚石膜涂层车刀和铣刀在加工Si-12％AI合金时寿命可稳定提高20-30倍。并已成功研发出“强电流直流扩展电弧等离子体CVD"金刚石膜涂层设备(已申请专利)。该设备将通常金刚石膜沉积设备的平面沉积方式改为立体(空间)沉积，沉积空间区域很大，可容许金刚石膜涂层工具的工业化生产。该设备可保证在工具轴向提供很大的金刚石膜均匀沉积范围，因此特别适合于麻花钻头、端铣刀之类细长且形状复杂工具的沉积。目前已经解决这类工具金刚石膜沉积技术问题，所制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头在加工碳化硅增强铝金属基复合材料时寿命提高20倍以上。目前能够制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头最小直径为lmin。目前正在和国内知名设备制造厂商(北京长城钛金公司)合作研发工业化商品设备，生产能力为每次沉积硬质合金钻头(或刀片)300只以上，预计年内可投放国内外市场。3 类金刚石膜(DLC)类金刚石膜(DLC)是一大类在性质上和金刚石类似，具有8p2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。依据制备方法和工艺的不同，DLC的性质可以在非常大的范围内变化，既有可能非常类似于金刚石，也有可能非常类似于石墨。其硬度、弹性模量、带隙宽度、光学透过特性、电阻率等等都可以依据需要进行“剪裁”。这一特性使DLC深受研究者和应用部门的欢迎。DLC的制备方法很多，采用射频CVD、磁控溅射、激光淀积(PLD)、离子束溅射、真空磁过滤电弧离子镀、微波等离子体CVD、ECR(电子回旋共振)CVD等等都可以制备DLC。DLC的类型也很多，通常意义上的DLC含有大量的氢，因此也叫a：C—H。但也可制备基本上不含氢的DLC，叫做a：c。采用高能激光束烧蚀石墨靶的方法获得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和较大的带隙宽度，曾被称为“非晶金刚石”(Amorphorie Diamond)膜。采用真空磁过滤电弧离子镀方法制备的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。DLC具有类似于金刚石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系数(0．1一0．3)、可调的带隙宽度(1_2eV～3eV)、可调的电阻率和折射率、良好光学透过性(在厚度很小的情况下)、良好的化学惰性和生物相容性。且沉积温度很低(可在室温沉积)，可在许多金刚石膜难以沉积的衬底材料(包括钢铁)上沉积。因此应用范围相当广泛。典型的应用包括：高速钢、硬质合金等工具的硬质涂层、硬磁盘保护膜、磁头保护膜、高速精密零部件耐磨减摩涂层、红外光学元器件(透镜和窗口)的抗划伤、耐磨损保护膜、Ge透镜和窗口的增透膜、眼镜和手表表壳的抗擦伤、耐磨掼保护膜、人体植入材料的保护膜等等。DLC在技术上已经成熟，在国外已经达到半工业化水平，形成具有一定规模的产业。深圳雷地公司在DLC的产业化应用方面走在国内前列。不少单位，如北京师范大学、中科院上海冶金所、北京科技大学、清华大学、广州有色院、四川大学等都正在进行或曾经进行过DLC的研究和应用开发工作。DLC的主要缺点是：(1)内应力很大，因此厚度受到限制，一般只能达到lum～21um以下；(2)热稳定性较差，含氢的a：C-H薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大约500℃以上就会转变为石墨。5 碳氮膜自从Cohen等人在20世纪90年代初预言在C-N体系中可能存在硬度可能超过金刚石的β-C>3N4相以后，立即就在全球范围内掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。国内外的研究者争先恐后，企图第一个合成出纯相的β-C3N4晶体或晶态薄膜。但是，经过了十余年的努力，至今并无任何人达到上述目标。在绝大多数情况下，得到的都是一种非晶态的CNx薄膜，膜中N／C比与薄膜制备的方法和具体工艺有关。尽管没有得到Cohen等人所预测超过金刚石硬度的β-C3N4晶体，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可达15GPa-50GPa，可与DLC相比拟。同时CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨损特性。在空气中，cNx薄膜的摩擦因数为，但在N2，CO2和真空中的摩擦因数为。在N2气氛中的摩擦因数最小，为O．01，即使在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将摩擦因数降至。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨损领域获得实际应用。除此之外。CNx薄膜在光学、热学和电子学方面也可能有很好的应用前景。采用反应磁控溅射、离子束淀积、双离子束溅射、激光束淀积(PLD)、等离子体辅助CVD和离子注人等方法都可以制备出CNx薄膜。在绝大多数情况下，所制备薄膜都是非晶态的，N／C比最大为45％，也即CNx总是富碳的。与C-BN的情况类似，CNx薄膜的制备需要离子的轰击，薄膜中存在很大的内应力，需要进一步降低薄膜内应力，提高薄膜的结合力才能获得实际应用。至于是否真正能够获得硬度超过金刚石的B-C3N4，现在还不能作任何结论。6 纳米复合膜和纳米复合多层膜以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有可能高于每一种组成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度为2l GPa，NbN的硬度仅为14GPa，但TiN／NbN纳米复合多层膜的硬度却为5lGPa。而TiYN／VN纳米复合多层膜的硬度竞高达78GPa，接近了金刚石的硬度。最近，纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度达到了创记录的105GPa，可以说完全达到了金刚石的硬度。这一令人惊异的结果曾经过同一研究组的不同研究者和不同研究组的反复重复验证，证明无误。这可能是第一次获得硬度可与金刚石相比拟的超硬薄膜材料。其意义是显而易见的。关于为何能够获得金刚石硬度的解释并无完全令人信服的定论。有人认为在纳米多层复合膜的情况下，纳米多层膜的界面有效地阻止了位错的滑移，使裂纹难以扩展，从而引起硬度的反常升高。而在纳米晶粒复合膜的情况下则可能是在TiN薄膜的纳米晶粒晶界和高度弥散分布的纳米共格SiNx粒子周围的应变场所引起的强化效应导致硬度的急剧升高。无论上述的理论解释是否完全合理，这种纳米复合多层膜和纳米晶粒复合膜应用前景是十分明朗的。纳米复合多层膜不仅硬度很高，摩擦系数也较小，因此是理想的工具(模具)涂层材料。它们的出现向金刚石作为最硬的材料的地位提出了严峻的挑战。同时在经济性上也有十分明显的优势，因此具有非常好的市场前景。但是，由于还有一些技术问题没有得到解决，目前暂时还未在工业上得到广泛应用。可以想见随着技术上的进一步成熟，这类材料可能迅速获得工业化应用。虽然钠米多层膜和钠米晶粒复合膜已经对金刚石硬度最高的地位提出了严峻的挑战，但就我所见，我认为它们不可能完全代替金刚石。金刚石膜是一种用途十分广泛的多功能材料，应用并不局限于超硬材料。且金刚石膜可以做成厚度很大(超过2mm)的自支撑膜，对于纳米复合多层膜和纳米复合膜来说，是无论如何也不可能的。仅供参考，请自借鉴希望对您有帮助