孙涛科研成果

基本信息 科学研究 学术梯队 教学 合作与交流 研究生培养 论文专著 单位情况 ... 研究生培养 论文专著 单位情况 新建主栏目 工作经历 名称 1991年3月~1993年6月，哈尔滨工业大学 惯导测试设备研究中心 研实员、助研 1999年8月~2004年8月，哈尔滨工业大学 机电学院 精密工程研究所 副研究员 2004年8月~今，哈尔滨工业大学 机电学院 精密工程研究所 教授 2005年4月~今，哈尔滨工业大学 机电学院 机械制造学科 教授，博士生导师 2005年5月~2023年8月，哈尔滨工业大学 机电学院 精密工程研究所 所长 教育经历 名称 1982年8月~1986年8月 哈尔滨工业大学 精密仪器系 本科生 1988年8月~1991年3月 哈尔滨工业大学 精密仪器系 硕士研究生 1996年3月~1999年12月 哈尔滨工业大学 机械制造及其自动化学科 博士研究生 社会任职 名称 工具技术期刊编委(2019~) 极端制造(IJEM)国际期刊编委(2018~2021) 中国机械工程学会生产工程分会常务委员(2017~) 超精密机械加工技术创新中心副主任(2007~2015)、主任(2015~) 中国光学工程学会第一届委员会委员(2015~) 中航工业制造技术中心超精密加工专业委员会成员(2012~) 中国标准化技术委员会纳米加工工作组成员(2008~) 黑龙江省超精密加工与特种加工重点实验室主任(2007~) 中国微米纳米技术学会纳米技术分会常务理事(2007~2021) 基本信息 名称 孙涛，男，汉族，1964年生。哈尔滨工业大学机电工程学院精密工程研究所教授、博士、博士生导师，兼任超精密机械加工技术创新中心主任。先后于1986、1991、1999获哈尔滨工业大学精密仪器学士与硕士学位及机械工程博士学位，2002年英国华威大学纳米技术与微工程中心学术访问，2003年中国工程物理研究院核科学与技术博士后流动站出站。主要学术领域为超精密加工与微纳制造技术，在超精密加工机理与工艺、超精密装备制造、超精密检测和纳米加工技术等研究方向主持完成了国家重大专项、国际合作、自然基金重点、863、04数控专项等国家级项目40余项。相关研究成果获省部级奖励7项，发表学术文章280余篇，获授权国家发明专利70余项，出版专著2部，培养博士、硕士研究生90余名。 课题组新闻 新闻标题 课题组2019级硕士研究生杜海屏同学获校优秀论文 发布时间 2021-07-02 在今天举行的我校研究生毕业典礼上，本课题组2019级硕士研究生杜海屏同学获校优秀硕士论文。 新闻标题 极端制造在线论坛6月20日举办 发布时间 2021-06-20 极端制造在线论坛6月20日晚19：30在腾讯会议线上举办，孙涛教授报告题目：超精密加工装备制造的量化问题。 极端制造·在线论坛【大咖说】 孙涛：超精密加工装备制造的量化问题 极端制造 IJEM 6月18日 2021年6月20日19点30，准时开播！ 孙涛教授 哈尔滨工业大学 报告题目：超精密加工装备制造的量化问题 报告要点 1 超精密加工装备的量化制造技术背景 2 超精密切削加工去除极限的可控性 3 超精密级运动部件的量化制造 4 超精密加工机床的数字化集成制造 5 超精密零件加工与应用的数字化工艺 报告时间: 2021年6月20日19:30-20:30 ●主办方● 极端制造国际期刊 中国机械工程学会极端制造分会 报告人简介 孙涛，哈尔滨工业大学教授、博士生导师，机电学院精密工程研究所所长，兼任超精密机械加工技术创新中心主任及黑龙江省超精密加工与特种加工重点实验室主任。先后获哈尔滨工业大学精密仪器学士与硕士学位及机械工程博士学位，2002年英国华威大学纳米技术与微工程中心学术访问，2003年中物院核科学与技术博士后流动站出站。主要学术领域为超精密加工及微纳制造，在超精密加工机理与工艺、超精密装备制造、超精密检测和纳米加工技术研究方向主持完成了重大专项、国际科技合作、基金委航天联合基金、04专项等重点项目。相关研究成果获省部级奖励6项，发表学术文章200余篇，授权国家发明专利70余项，出版“基于扫描探针显微镜的纳米机械加工与检测技术”和“天然金刚石刀具制造技术”专著，培养博士、硕士研究生70名。 报告内容简介 超精密加工的终极目标是实现材料的最小化去除并获得超精密零件形状和高质量无缺陷的表面，它是一项向加工极限挑战的研究领域，在高技术发展中具有不可替代作用。报告从超精密加工过程中材料的可控微纳米去除需求出发，介绍超精密加工机床装备的主轴和导轨等零部件的可控加工制造、超精密加工机床的精密化装配，超精密加工工艺过程的多参数监测以及超精密加工装备的制造精度的量化评价等精密化、数字化制造相关内容。希望对目前国内掀起的超精密加工机床国产化热潮起到一定的技术参考作用，推动我国超精密装备技术制造相关领域的自主高速发展。 极端制造期刊 《极端制造》期刊（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM），致力于发表极端制造相关领域的高质量最新研究成果，文章形式主要为原创性和综述性文章。目前该刊共设五大栏目：极端制造能场与材料相互作用、极端制造加工技术与理论、极端制造测量与表征、极端性能装备及系统的设计及研发、极端物理条件产生装置的制造。IJEM现已被ESCI、EI、Scopus、CAS、ProQuest、JST、J-Gate、CNKI、INSPEC、DOAJ等数据库收录。入选《机械工程领域高质量科技期刊分级目录》T2级。 投稿链接 https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep 新闻标题 哈尔滨工业大学超精密车削机床与工艺研究团队专访 发布时间 2020-05-26 哈尔滨工业大学超精密车削机床与工艺研究团队专访 原创 Editorial Office 极端制造 IJEM 2020-05-26 活动简介 中国机械工程学会极端制造分会于2020年“中国机械工程学会会员日”活动之际，开展我国极端制造领域优秀科研团队、实验室、优秀青年科研团队等专访活动，以促进本领域的学术交流与合作。 详情请点击文末“阅读原文”，或登录中国机械工程学会极端制造分会网站：http://em.immtnet.com/ 本期专访： 哈尔滨工业大学超精密车削机床与工艺研究团队 本期嘉宾 孙涛，1964年生。哈尔滨工业大学教授、博士生导师，“哈尔滨工业大学超精密车削机床与工艺研究团队”负责人，现任哈工大精密工程研究所所长，兼任超精密机械加工技术创新中心主任、黑龙江省超精密加工与特种加工技术重点实验室主任，担任中国机械工程学会生产工程分会常务理事、生产工程分会精密工程与纳米技术专业委员会副主任委员、中国微米纳米技术学会纳米技术分会常务理事等。出版专著两部，发表学术文章200余篇，获得省部级奖励6项，培养博士硕士研究生60余名。 团队成员 团队共有在职教师8名，包括教授5名、副教授3名，博士研究生13名，硕士研究生15名。课题组成员Alexander Hartmaier教授为德国材料学会主席、鲁尔大学多学科间高级材料仿真中心主任。课题组还与俄罗斯工程物理实验室、乌克兰国家科学院巴库超硬材料研究所建立了长期稳定的合作交流联系。 团队简介 课题组主要学术方向和研究生课题均为超精密加工技术，包括超精密加工机理研究、超精密车削磨削加工工艺、超精密车削和磨削加工工具制造、超精密加工设备及相关部件研制以及超精密测量技术和微纳米制造技术，具体包括多轴联动超精密加工机床设计制造、超精密气浮主轴、超精密液压导轨等部件批产制造、天然金刚石刀具制造工艺链提升与高端刀具制造、高精密超硬材料轴承球体的批产等。 团队最新科技进展 （一）金刚石切削加工机床研制 超精密制造技术是我国智能制造未来重点发展方向之一。九十年代初期我校研制的亚微米超精密加工机床在行业内有较大影响，是我国超精密装备制造的标志成果，曾获航天部一等奖。本团队近十年来，先后承担了先进制造技术领域多台超精密加工装备的研制任务。针对重大项目需求，先后研制了三轴、四轴、五轴联动超精密金刚石切削加工机床，实现了多种材料、多种型号零件的超精密加工，已经成为我国超精密加工设备的重要研发团队。 （二）超精密金刚石刀具制造 金刚石晶体是当前可用工程材料中硬度最高的，做成刀具后可具备纳米级精度和最优异的抗磨损性能，是目前精密和超精密加工的最理想刀具材料。由于金刚石晶体硬度高且难磨，超精密金刚石刀具的制备对工艺技术水平要求极高，堪称行业的皇冠明珠。当前技术水平下，高精度金刚石工具制造的主流技术依然是机械刃磨工艺。哈工大从上世纪80年代开始研究金刚石刀具的机械刃磨技术，经过三十多年的发展，目前已在加工设备、基础理论、刃磨工艺、检测评价、晶体切割定向、真空钎焊和热化学后处理等方面积累了很好的研究工作基础。例如创新工艺研究方面，2005年建立了金刚石刀具表面粗糙度优于Ra 1nm、切削刃钝圆半径达到30-50nm的机械刃磨工艺。2009年提出了热-机耦合刃磨工艺，可使金刚石刀具的切削刃钝圆半径控制到10nm以下。2013年突破了钻石切片刀刃磨工艺，可使刀刃微缺陷控制到20nm。在单晶金刚石微工具制造方面，2010年探索出了微圆弧金刚石刀具的机械刃磨制造技术，目前刀尖微圆弧半径已可小于50μm。2013年，建立了金刚石纳米圆锥压头刃磨工艺，压头曲率半径优于2μm。2014年，建立了金刚石伪球头微铣刀刃磨工艺，伪球头微铣刀最小回转半径0.3mm。2015年，建立了三棱锥金刚石压头刃磨工艺，玻氏和直角立方三棱锥压头曲率半径优于30nm，面角误差±0.3°内。2017年，建立了Vickers四棱锥压头机械刃磨工艺，能够实现尖端横刃长度小于60nm。2019年建立了微球头圆锥撞针的机械刃磨工艺，球头半径20μm，球面真球度优于0.25μm，球头半径200μm，球面真球度优于0.5μm。 （三）面向材料的超精密加工机理研究 当前缺乏对超精密加工基础理论的理解极大地制约着超精密加工技术的提高。在超精密加工中，材料去除深度在微米或亚微米量级，微观尺度下的尺寸效应、量子效应等导致其切削加工机理与常规宏观加工过程存在极大不同。特别地，由于材料去除深度、材料微结构特征尺寸和刀具几何尺寸在相同数量级，超精密加工是一个刀具与材料高度耦合的过程，工件材料性能对其加工变形过程具有极其重要的影响。工件材料微观结构演变直接影响表/界面物性参数演化、刀具与工件之间的微观表/界面摩擦粘滑状态、热的产生及传递、制造缺陷产生和形态等，极大地影响超光滑加工表面的加工制备。因此，深入理解工件材料性能及其在加工中产生的结构演变对加工过程的影响机制，对于提高超精密加工技术水平具有重要的理论意义与实用价值。针对当前超精密加工基础理论的前沿与热点，同时面向国家重大项目需求，结合摩擦磨损、晶体塑性和微观力学等多学科知识，采用仿真与实验手段开展超精密加工基础理论研究来探索超精密加工中的科学问题，揭示了金属、硬脆和其他材料的加工变形机理及其与表面创成的耦合机制，并通过创新性的基础研究来实现相关工艺创新、解决关键技术难题，实现了金属、半导体和陶瓷材料超光滑表面的超精密加工成形。 研究领域 名称 1) 超精密加工机理与工艺：主要研究软脆金属材料与晶体材料超精密切削加工机理、软脆/硬脆与难加工材料超精密加工工艺、大型光学零件超精密切削加工工艺、超精密天然金刚石刀具制造工艺及其切削工艺应用等。 2) 超精密加工机床装备研制：主要研究超精密多轴联动加工机床的设计与制造、多轴联动加工机床控制技术、复杂曲面多轴联动加工轨迹规划软件以及在线在位测控技术等。 3) 微纳米加工制造与测量技术：主要研究微纳结构加工制造、多元光学加工技术及扫描探针纳米加工工艺技术以及超精密与微纳米形位测量、超精密表面纳米表征/纳米尺度测量技术等。 近年主要科研成果 名称 1) 获省部级科技奖励七项； 2) 获得专利授权71项、申报专利11项； 3) 编写专著2部； 4) 发表学术论文240余篇，其中被SCI/EI检索100余篇。 科研项目 名称 已经主持完成和正在承担的主要科研项目有： 1) 2010.01~2013.06，项目来源：重大专项，项目名称：超精密机床研制 2) 2011.01~2015.12，项目名称：高精度天然金刚石刀具数控刃磨机床研制及其刃磨工艺研究，项目来源：重大专项 3) 2011.01~2014.12，项目来源：科技部，项目名称：大型光学加工检测一体化技术 4) 2012.07~2014.12，项目来源：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，项目名称：单点金刚石车床 5) 2016.01~2019.12，项目来源：国家基金委航天联合基金重点项目，项目名称：动压马达边界润滑作用机理与可控成膜装配工艺技术研究 6) 2017.01~2021.12，项目来源：重大专项，项目名称：多轴联动超精密机床研制 7) 2018.01~2021.12，项目来源：科研挑战计划，项目名称：高精度定位传递原理与方法 团队成员 名称 孙 涛：教授，博士生导师，研究方向：超精密加工与微纳制造； 赵学森：教授，博士生导师， 研究方向：超精密加工与检测技术； 李增强：副教授，硕士生导师， 研究方向：超精密加工与装备制造技术； 胡振江：高级工程师，硕士生导师， 研究方向：超精密加工与微纳制造。 讲授课程 名称 博士生课程：先进制造科学与技术简介:主要讲授超精密机床与检测技术，包括超精密车削技术背景、超精密车削机床的设计与制造技术、超精密车削工艺、超精密测量与评价技术等内容。 硕士生课程：微纳米测量技术简介:主要讲授微纳米测量技术概述、微纳米几何量测量与表面测量部分。 国际会议 新闻标题 2009年赴日本参加ASPEN会议 发布时间 2014-05-11 新闻标题 2012年成都切削国际会议 发布时间 2014-05-11 新闻标题 2013年赴台湾参加ASPEN2013 发布时间 2014-05-11 新闻标题 2013年聘请Shekhtman Valentin担任哈尔滨工业大学客座教授仪式 发布时间 2014-05-11 国际合作 招生信息 名称 硕士招生: 超精密切削加工工艺研究、加工数控方法研究； 超精密加工机床设计、主要部件设计及其制造方法； 超精密加工中的几何参数与机械参数检测技术研究； 微纳制造与微纳测控技术研究。 博士招生: 非回转对称表面车削轨迹数控加工方法； 超精密装备运动精度溯源； 大型光学车削加工工艺方法与装备； 纳米分形制造； 超精密表面与亚表面检测与计量。 研究生培养 名称 已毕业博士生及论文题目： [1]王晓慧.基于FTS的微结构表面超精密车削控制系统及实验研究.2006.09-2011.6 [2]张俊杰.基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究(德国鲁尔波鸿大学联合培养).-2011.06 [3]冯砚博.硅片多线切割机系统动态性能及控制技术研究.2007.03-2012.04 [4]周京博.非回转对称复杂曲面超精密车削加工若干关键技术研究(美国俄亥俄州立大学联合培养).2009.09-2013.06 [5]侯国安.液体静压支承对超精密金刚石车床动态特性影响的研究.2008.09-2013.10 [6]苑 颖.铝薄膜微结构纳米压印制造仿真与实验研究，-2020.07 [7]陈建超.电化学惰性材料力学行为对锂电池失效影响研究(美国南卡罗莱纳大学联合培养)2009.09-2014.10 [8]杜文浩.金刚石刀具研磨声发射信号的处理表征与实验研究，(在职)，2010.03-2015.04 [9]齐恩兵.超精密垂直运动系统静动态特性建模及几何误差分析，-2016.07 [10]杨 宁.高精度天然金刚石刀具可控刃磨的若干问题研究，2011.09-2015.07 [11]姚洪辉.基于摆动进给的超精密金刚石车削加工误差分析与补偿，2011.09-2017.01 [12]孔繁星.超精密芯轴制造及Wolter-Ⅰ型极紫外光学收集镜复制工艺研究，2012.03-2018.06 [13]邹喜聪.三轴超精密车床几何误差敏感性分析及在位补偿技术研究，-2018.04 [14]国树森.DLC表面硬脂酸钾成膜润滑机理与检测技术研究，2015.09-2020.10 [15]谭荣凯.基于超声椭圆振动辅助的钛合金超精密切削技术基础研究，2016.09-2020.10 [16]王站峰.基于晶体塑性的多晶铜各向异性金刚石切削加工机理研究，2016.09-2020.06 已毕业硕士生及论文题目： [1] 董鹏程.超精密液体静压导轨静动态特性分析及控制技术研究.2013.07 [2] 王亚奇.金刚石刀具刀尖圆弧圆度精密检测技术研究.2013.07 [3] 周伟娜.基于运动特征分析的精密主轴回转误差检测方法研究.2013.07 [4] 何玉松.基于刀具摆动进给的非球面加工数控系统设计与仿真研究.2012.07 [5] 张 坤.双主轴非球面加工机床误差分析与检测技术研究.2012.07 [6] 侯文君.精密螺旋内齿轮拉刀设计及制造工艺研究.2011.07 [7] 江 云.超精密金刚石车床热态特性分析.2011.07 [8] 巢海斌.微圆弧金刚石刀具的机械刃磨技术.2011.07 [9] 徐占波.圆弧金刚石刀具刃磨机摆轴控制系统设计.2010.07 [10]张建国.单晶硅金刚石车削频谱分析与刀具磨损机理.2010.07 [11]杨 阳.多线切割机床模态分析及表面加工质量预测.2010.07 专著 名称 [1] 董申,孙涛,闫永达. 基于原子力显微镜的纳米机械加工与检测技术. 哈尔滨工业大学出版社,2012 [2] 孙涛,宗文俊,李增强. 天然金刚石刀具制造技术. 哈尔滨工业大学出版社,2013 专利 名称 授权专利 赵学森,闫永达,胡振江,孙涛,高党忠.一种基于图像辅助的微小零件回转调心方法[P].黑龙江：CN102642155A,2012-08-22. 李增强,宗文俊,孙涛,赵学森.一种基于空气静压导轨部件的金刚石刀具慢进快退装置[P].黑龙江：CN102528660A,2012-07-04. 李国,孙涛,张龙江,董申.一维微位移装置[P].黑龙江：CN101702329A,2010-05-05. 宗文俊,李增强,孙涛,董申.一种适合于金刚石刀具制造的热-机耦合刃磨工艺[P].黑龙江：CN101659020,2010-03-03. 李增强,孙涛,赵学森,宗文俊.一种圆弧刃金刚石刀具刀尖圆弧圆度的检测装置[P].黑龙江：CN101660905,2010-03-03. 孙涛,周京博.用于加工微结构表面的快速刀具伺服装置[P].黑龙江：CN102248427A,2011-11-23. 赵学森,孙涛,闫永达,胡振江,吴玉东,董申.一种基于形貌配准分析的精密主轴回转精度检测方法[P].黑龙江：CN102252617A,2011-11-23. 孙涛,王起维,韩成顺,张龙江,李国,董申.一种光学零件加工与检测一体化制造装置及制造方法[P].黑龙江：CN102303224A,2012-01-04. 宗文俊,巢海斌,胡振江,孙涛.一种基于光学图像重构的尖刃金刚石刀具旋转对心方法[P].黑龙江：CN102500760A,2012-06-20. 宗文俊,李增强,胡振江,孙涛.基于纳米氧化铜的天然金刚石刀具真空热化学腐蚀方法[P].黑龙江：CN102531676A,2012-07-04. 申请专利 杨宁,孙涛,宗文俊,李增强.一种基于复杂轨迹的金刚石研磨方法[P].黑龙江：CN103481124A,2014-01-01. 张俊杰,李增强,赵明辉,赵佩杰,孙涛.一种高刚度高分辨率精密升降装置[P].黑龙江：CN103551864A,2014-02-05. 李增强,宗文俊,姚洪辉,孙涛.平面型精密二维微位移台[P].黑龙江：CN102969030A,2013-03-13. 李增强,姚洪辉,宗文俊,孙涛.基于超声电机的超精密大行程刀具微动进给装置[P].黑龙江：CN103128587A,2013-06-05. 李增强,姚洪辉,宗文俊,孙涛.基于谐波减速器的宏微两级微动调节装置[P].黑龙江：CN103137217A,2013-06-05. 李增强,王亚奇,宗文俊,赵学森,孙涛.一种金刚石刀具刀尖圆弧圆度的高效高精度检测装置[P].黑龙江：CN103234481A,2013-08-07. 闫永达,赵学森,胡振江,魏盈盈,高大为,孙涛,董申.一种采用AFM探针纳米刻划加工毫米尺寸微纳结构的方法[P].黑龙江：CN102530850A,2012-07-04. 闫永达,胡振江,赵学森,周起琛,孙涛,董申.面向微结构制造具有力反馈控制的微探针刻划加工方法[P].黑龙江：CN102583229A,2012-07-18. 学术论文 名称 2023 2022 2021 2020 2019 2014 JJ Zhang, YD Yan, X Liu, T Sun, YC Liang. Influence of coherent twin boundary on three-point bending of gold nanowires[J]. Journal of physics D: Applied Physics 47 (2014) 195301. Chen J, Yan Y, Sun T, et al. Deformation and fracture behaviors of microporous polymer separators for lithium ion batteries[J]. RSC Advances, 2014, 4(29): 14904-14914. Hou G A, Sun T. Influence of FTS's Dynamic Character on the Machining Error[J]. Key Engineering Materials, 2014, 579: 580-583. 2013 Zhang J J, Hartmaier A, Wei Y J, et al. Mechanisms of anisotropic friction in nanotwinned Cu revealed by atomistic simulations[J]. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 2013, 21(6): 065001. Li Z Q, Wang J, Sun T. Atomistic Simulations of Ultrashort Pulsed Laser Ablation of Polycrystalline Diamond[J]. Current Nanoscience, 2013, 9(6): 804-811. Zong W J, Li Z Q, Zhang L, et al. Finite element simulation of diamond tool geometries affecting the 3D surface topography in fly cutting of KDP crystals[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, 68(9-12): 1927-1936. Zong W J, Li Z Q, Zhang L, et al. Finite element simulation of diamond tool geometries affecting the 3D surface topography in fly cutting of KDP crystals[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, 68(9-12): 1927-1936. Chen J, Liu J, Qi Y, et al. Unveiling the Roles of Binder in the Mechanical Integrity of Electrodes for Lithium-Ion Batteries[J]. Journal of The Electrochemical Society, 2013, 160(9): A1502-A1509. Zhang J J, Xu F D, Yan Y D, et al. Detwinning-induced reduction in ductility of twinned copper nanowires[J]. Chinese Science Bulletin, 2013, 58(6): 684-688. Du K, Tang Y, Zhang J, et al. Velocity-dependent Nanoscratching of Amorphous Polystyrene[J]. Current Nanoscience, 2013, 9(1): 153-158. Zhou J, Li L, Naples N, et al. Fabrication of continuous diffractive optical elements using a fast tool servo diamond turning process[J]. 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