Yb∶Y_3Al_5O_(12)/Y_3Al_5O_(12)复合晶体的制作和光谱性能

采用热键合技术,制作中运用不同的工艺参量制作出12片Yb∶Y3Al5O12/Y3Al5O12(Yb∶YAG/YAG)复合晶体。利用偏光显微镜对其键合界面进行了观察,研究了样品的透射光谱,从而确定出复合晶体合适的制作工艺。通过透射光谱的形状和透射率来表征复合晶体键合界面的质量。研究表明Yb∶YAG/YAG复合晶体键合质量较好,可实现一体化。

Influência de tratamentos térmicos nas propriedades mecânicas e metalúrgicas em liga odontológica à base de níquel-cromo.

É crescente a preocupação com o desenvolvimento de materiais adequados a trabalharem interagindo com o corpo humano. Diversas pesquisas têm sido realizadas no desenvolvimento de biomateriais aplicáveis na odontologia, este empenho é justificável pelo grande número de intervenções cirúrgicas para extração de dentes realizadas em todo o mundo. Durante o processo de fabricação de reconstruções dentárias, que utilizam sistemas metalocerâmicos, é utilizado um tratamento térmico que tem a função de promover a adesão da porcelana ao metal. Entretanto, sabe-se que tratamentos térmicos podem alterar a microestrutura do material metálico, modificando suas propriedades. Este trabalho avaliou as modificações causadas em propriedades mecânicas e microestruturais da liga à base de níquel (FIT CAST-SB) utilizada para fins odontológicos, quando a mesma é submetida ao tratamento térmico para adesão da porcelana (denominado de queima). A liga foi inicialmente fundida através da técnica de centrifugação e cera perdida. Posteriormente, um grupo de amostras (grupo TT) foi submetido ao tratamento térmico de queima para adesão da porcelana e o outro grupo (grupo F), permaneceu apenas submetido ao processo de fundição. Os grupos F e TT foram submetidos a ensaio de tração. Nos grupos F e TT, e no material como recebido pelo fabricante (grupo CR), foram realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, esta ultima através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os grupos F e CR foram submetidos à análise química quantitativa (em um espectrômetro de emissão atômica) e semi-quantitativa por um sistema de Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) acoplado ao MEV, sendo que esta ultima técnica também foi aplicada ao grupo TT. A técnica de tratamento digital de imagem foi aplicada às micrografias dos grupos F e TT, para a determinação de possíveis modificações quantitativas nas fases presentes, antes e após o tratamento térmico. Todos os resultados dos ensaios foram submetidos ao teste de hipótese nula (H0), para a distribuição t de Student. Concluiu-se que, para as amostras testadas, o limite de resistência foi superior ao fornecido pelo fabricante, respectivamente 559,39 e 545,55 MPa para os grupos F e TT, contra 306 MPa do fabricante. Enquanto o limite de escoamento foi ligeiramente inferior, 218,71 e 240,58 MPa para os grupos F e TT, respectivamente, contra 258 MPa do fabricante. Os resultados de microdureza ficaram entorno de 70HV, superior aos 21HV fornecido pelo fabricante. Pode-se afirmar, com 95% de confiabilidade, que não houve variação nas propriedades mecânicas e na microestrutura (quantidades de fases presentes e tamanho) antes e após a queima para adesão da porcelana, para os corpos de prova testados. A microestrutura da liga, quando observada em MEV no modo elétrons retroespalhados (modo BSE), é formada por uma matriz de estrutura dendrítica e coloração cinza, uma segunda fase interdendrítica de coloração branca e aspecto rendilhado, e precipitados de coloração preta, apresentando também porosidades.

A novel non-intrusive sampling technique for CO2 laser on-line beam monitoring utilising a silicon mirror

The measurement of high speed laser beam parameters during processing is a topic that has seen growing attention over the last few years as quality assurance places greater demand on the monitoring of the manufacturing process. The targets for any monitoring system is to be non-intrusive, low cost, simple to operate, high speed and capable of operation in process. A new ISO compliant system is presented based on the integration of an imaging plate and camera located behind a proprietary mirror sampling device. The general layout of the device is presented along with the thermal and optical performance of the sampling optic. Diagnostic performance of the system is compared with industry standard devices, demonstrating the high quality high speed data which has been generated using this system.

Occupational exposure to nano-TiO2 in the life cycle steps of new depollutant mortars used in construction

The present work is focused on the measurement of workers exposure to nano-TiO2 in the life cycle steps of depollutant mortars. It has been done in the framework of the SCAFFOLD project, which aims at the management of potential risks arising from the use of manufactured nanomaterials in construction. Main findings can be summarized as follows: (1) The occupational exposure to nano-TiO2 is below 0.3 mg/m(3) for all measured scenarios. The highest concentrations were measured during the cleaning task (in the nano-TiO2 manufacturing process) and during the application (spraying) of depollutant coatings on a wall. (2) It was found a high release of particles above the background in several tasks as expected due to the nature of the activities performed. The maximum concentration was measured during drilling and during adding powder materials (mean total particle concentration up to 5.591E+04 particles/cm(3) and 5.69E+04 particles/cm(3)). However, considering data on total particle concentration released, no striking differences have been observed when tasks have been performed using conventional materials in the sector (control) and when using materials doped with nano-objects.

Gráficos de controle adaptativos para monitoramento de perfis

Processos de produção precisam ser avaliados continuamente para que funcionem de modo mais eficaz e eficiente possível. Um conjunto de ferramentas utilizado para tal finalidade é denominado controle estatístico de processos (CEP). Através de ferramentas do CEP, o monitoramento pode ser realizado periodicamente. A ferramenta mais importante do CEP é o gráfico de controle. Nesta tese, foca-se no monitoramento de uma variável resposta, por meio dos parâmetros ou coeficientes de um modelo de regressão linear simples. Propõe-se gráficos de controle χ2 adaptativos para o monitoramento dos coeficientes do modelo de regressão linear simples. Mais especificamente, são desenvolvidos sete gráficos de controle χ2 adaptativos para o monitoramento de perfis lineares, a saber: gráfico com tamanho de amostra variável; intervalo de amostragem variável; limites de controle e de advertência variáveis; tamanho de amostra e intervalo de amostragem variáveis; tamanho de amostra e limites variáveis; intervalo de amostragem e limites variáveis e por fim, com todos os parâmetros de projeto variáveis. Medidas de desempenho dos gráficos propostos foram obtidas através de propriedades de cadeia de Markov, tanto para a situação zero-state como para a steady-state, verificando-se uma diminuição do tempo médio até um sinal no caso de desvios pequenos a moderados nos coeficientes do modelo de regressão do processo de produção. Os gráficos propostos foram aplicados a um exemplo de um processo de fabricação de semicondutores. Além disso, uma análise de sensibilidade dos mesmos é feita em função de desvios de diferentes magnitudes nos parâmetros do processo, a saber, no intercepto e na inclinação, comparando-se o desempenho entre os gráficos desenvolvidos e também com o gráfico χ2 com parâmetros fixos. Os gráficos propostos nesta tese são adequados para vários tipos de aplicações. Neste trabalho também foi considerado características de qualidade as quais são representadas por um modelo de regressão não-linear. Para o modelo de regressão não-linear considerado, a proposta é utilizar um método que divide o perfil não-linear em partes lineares, mais especificamente, um algoritmo para este fim, proposto na literatura, foi utilizado. Desta forma, foi possível validar a técnica proposta, mostrando que a mesma é robusta no sentido que permite tipos diferentes de perfis não-lineares. Aproxima-se, portanto um perfil não-linear por perfis lineares por partes, o que proporciona o monitoramento de cada perfil linear por gráficos de controle, como os gráficos de controle desenvolvidos nesta tese. Ademais apresenta-se a metodologia de decompor um perfil não-linear em partes lineares de forma detalhada e completa, abrindo espaço para ampla utilização.

Caracterização de um sistema digital de aquisição de imagens radiográficas utilizando nêutrons térmicos e raios gama para a inspeção de componentes mecânicos.

Ensaio não destrutivo é uma ferramenta essencial quando um equipamento, dispositivo ou componente não pode ser submetido a procedimentos destrutivos ou invasivos devido a razões de segurança, alto custo ou outras restrições físicas ou logísticas. Dentro deste quadro radiografias por transmissão com raios gama e nêutrons térmicos são técnicas singulares para inspecionar um objeto e desvendar sua estrutura interna devido à capacidade de atravessar uma vasta gama de materiais utilizados na indústria. Grosso modo, raios gama são mais atenuados por materiais pesados enquanto nêutrons térmicos são mais atenuados por materiais mais leves, tornando-as ferramentas complementares. Este trabalho apresenta os resultados obtidos na inspeção de vários componentes mecânicos, através da radiografia por transmissão com nêutrons térmicos e raios gama. O fluxo de nêutrons térmicos de 4,46x105 n.cm-2.s-1 disponível no canal principal do reator de pesquisa Argonauta do Instituto de Engenharia Nuclear foi usado como fonte para as imagens radiográficas com nêutrons. Raios dekeV emitidos pelo 198Au, também produzido no reator, foram usados como fonte de radiação para radiografias . Imaging Plates, especificamente produzidos para operar com nêutrons térmicos ou com raios X, foram empregados como detectores e dispositivos de armazenamento e captação de imagens para cada uma dessas radiações. Esses dispositivos exibem varias vantagens quando comparados ao filme radiográfico convencional. Com efeito, além de maior sensibilidade e serem reutilizáveis não são necessários câmaras escuras e processamento químico para a revelação. Em vez disso, ele é lido por um feixe de laser que libera elétrons armadilhados na rede cristalina durante a exposição à radiação, fornecendo uma imagem final digital. O desempenho de ambos os sistemas de aquisição de imagens, assim constituído, foi avaliado com respeito à sensibilidade, resolução espacial, linearidade e range dinâmico, incluído uma comparação com sistemas radiográficos com nêutrons empregando filmes e folhas de gadolínio como conversor de nêutrons em partículas carregadas. Além desta caracterização, diversos equipamentos e componentes foram radiografados com ambos os sistemas visando-se avaliar suas capacidades de desvendar a estrutura interna desses objetos e detectar estruturas e estados anormais. Dentro desta abordagem, uma neutrongrafia detectou a presença de material cerâmico remanescente empregado como molde no processo de fabricação nos canais de refrigeração de uma aleta do estator de uma turbina tipo turbo-fan, que deveria estar livre desse material. O reostato danificado de um sensor de pressão automotivo, foi identificado por neutrongrafia, embora nesse caso a radiografia também conseguiu realizar essa tarefa com melhor resolução, corroborando assim as curvas de resolução espacial obtidas na caracterização dos dois sistemas. A homogeneidade da distribuição do material encapsulado em uma gaxeta explosiva de chumbo utilizada na indústria aeroespacial foi igualmente verificada por neutrongrafia porque esse metal é relativamente transparente para nêutrons, mas suficientemente opaco para o explosivo rico em hidrogênio. Diversos outros instrumentos e componentes tais como variômetro, altímetro, bússola aeronáutica, injetor automotivo de combustível, foto-camera, disco rígido de computador, motor de passo, conectores eletrônicos e projéteis foram radiografados com ambos os sistemas visando avaliar suas habilidades em desvendar diferentes peculiaridades em função do agente interrogador.

Ferroelectric liquid crystal over silicon devices

Over the past 20 years, ferroelectric liquid crystal over silicon (FLCOS) devices have made a wide impact on applications as diverse as optical correlation and holographic projection. To cover the entire gamut of this technology would be difficult and long winded; hence, this paper describes the significant developments of FLCOS within the Engineering Department at the University of Cambridge.The purpose of this paper is to highlight the key issues in fabricating silicon backplane spatial light modulators (SLMs) and to indicate ways in which the technology can be fabricated using cheap, low-density production and manufacturability. Three main devices have been fabricated as part of several research programmes and are documented in this paper. The fast bitplane SLM and the reconfigurable optical switches for aerospace and telecommunications systems (ROSES) SLM will form the basis of a case study to outline the overall processes involved. There is a great deal of commonality in the fabrication processes for all three devices, which indicates their potential strength and demonstrates that these processes can be made independent of the SLMs that are being assembled. What is described is a generic process that can be applied to any silicon backplane SLM on a die-by-die basis. There are hundreds of factors that can affect the yield in a manufacturing process and the purpose of a good process design procedure is to minimise these factors. One of the most important features in designing a process is fabrication experience, as so many of the lessons in this business can only be learned this way. We are working with the advantage of knowing the mistakes already made in the flat panel display industry, but we are also faced with the fact that those mistakes took many years and many millions of dollars to make.The fabrication process developed here originates and adapts earlier processes from various groups around the world. There are also a few totally new processes that have now been adopted by others in the field. Many, such as the gluing process, are still on-going and have to be worked on more before they will fully suit 'manufacturability'. © 2012 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

The development of a scanning strategy for the manufacture of porous biomaterials by selective laser melting.

Porous structures are used in orthopaedics to promote biological fixation between metal implant and host bone. In order to achieve rapid and high volumes of bone ingrowth the structures must be manufactured from a biocompatible material and possess high interconnected porosities, pore sizes between 100 and 700 microm and mechanical strengths that withstand the anticipated biomechanical loads. The challenge is to develop a manufacturing process that can cost effectively produce structures that meet these requirements. The research presented in this paper describes the development of a 'beam overlap' technique for manufacturing porous structures in commercially pure titanium using the Selective Laser Melting (SLM) rapid manufacturing technique. A candidate bone ingrowth structure (71% porosity, 440 microm mean pore diameter and 70 MPa compression strength) was produced and used to manufacture a final shape orthopaedic component. These results suggest that SLM beam overlap is a promising technique for manufacturing final shape functional bone ingrowth materials.

Biofluid behaviour in 3D microchannel systems: Numerical analysis and design development of 3D microchannel biochip separators

This paper describes the design and development cycle of a 3D biochip separator and the modelling analysis of flow behaviour in the biochip microchannel features. The focus is on identifying the difference between 2D and 3D implementations as well as developing basic forms of 3D microfluidic separators. Five variants, based around the device are proposed and analysed. These include three variations of the branch channels (circular, rectangular, disc) and two variations of the main channel (solid and concentric). Ignoring the initial transient behaviour and assuming steady state flow has been established, the efficiencies of the flow between the main and side channels for the different designs are analysed and compared with regard to relevant biomicrofluidic laws or effects (bifurcation law, Fahraeus effect, cell-free phenomenon, bending channel effect and laminar flow behaviour). The modelling results identify flow features in microchannels, a constriction and bifurcations and show detailed differences in flow fields between the various designs. The manufacturing process using injection moulding for the initial base case design is also presented and discussed. The work reported here is supported as part of the UK funded 3D-MINTEGRATION project. © 2010 IEEE.

Effects of constructed wetland system on the removal of dibutyl phthalate (DBP)

Phthalic acid esters (PAEs) have become widely diffused in the environment via the manufacturing process. Numerous experiments have shown that the bioaccumulation of PAEs occurred in the aquatic and terrestrial food chain; meanwhile, it was found that some of PAEs were considered as potential carcinogens, teratogens and mutagens. In this research, two vertical/reverse-vertical flow constructed wetland systems were set up to study its removal efficiency of dibutyl, phthalate (DBP) pollution. The results showed that the constructed wetland system could remove DBP effectively, and the removal rates reached nearly 100%. Substrate microorganism and enzymatic activities probably played key roles during DBP removal, and the removal of DBP probably mainly took place in the upper layer of chamber A in the constructed wetland systems. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

A novel implantable multichannel silicon-based microelectrode

Silicon-based microelectrodes have been confirmed to be helpful in neural prostheses. The fabricated 7-channel silicon-based microelectrode was feasible to be implanted into the brain cortex. The manufacturing process by microelectromechanical system (MEMS) technology was detailed with four photolithographic masks. The microscopic photographs and SEM images indicated that the probe shank was 3mm long, 100 mu m wide and 20 mu m thick with the recording sites spaced 120 mu m apart for good signal isolation. To facilitate the insertion and minimize the trauma, the microelectrode is narrowed down gradually near the tip with the tip taper angle of 6 degrees. Curve of the single recording site impedance versus frequency was shown by test in vitro and the impedance declined from 150.5 k Omega to 6.0 k Omega with frequency changing from 10 k to 10MHz.

数字化生产线离散制造过程仿真研究

数字化工厂是目前先进制造技术研究的热点。进行内嵌在生产线数字化制造环境中的离散制造过程仿真研究,建立了面向对象的系统模型,分析了仿真运行机理;同时基于eM-Plant软件开发离散制造过程仿真系统,通过具体的生产线实例说明系统的开发与运行机理,提供数字化生产线离散制造过程仿真研究的有效手段。

基于数字化生产模型的在线故障诊断技术研究

提出了一种基于数字化的生产模型,使用控制图、故障树分析和专家知识,能够进行制造过程实时监控的诊断,该模型提高了故障诊断系统的可靠性,并提供了可实际操作的可视化建模工具。所开发的在线统计过程控制系统能够根据生产事件的监测,动态响应制造过程变化。该系统运用可视化建模工具,根据专家经验进行故障树建模,通过故障树自动生成专家系统诊断规则库,实现诊断知识的自动获取。将该系统应用于汽车变速箱装配过程的检测与故障诊断,验证了方法的有效性。

基于时间Petri网的制造过程模型研究

分析了时间Petri网的激发规则、托肯可用时间和抑制弧等特性,以及制造过程中随机故障的特征。提出不同的时间关联方式对应的多种建模方法,考虑不同的故障发现模式、不同的作业处理策略,建立相应的单机制造过程模型。在此基础上采用模块化和层次化方法可以构建复杂制造过程的时间着色Petri网模型,并可以转换成仿真模型,进一步分析随机机器故障对制造过程性能的影响。