目前,單晶硅元件表面質(zhì)量的不一致性嚴(yán)重制約了其使用性能的進(jìn)一步提高。為深入研究單晶硅加工表面質(zhì)量各向異性的形成機(jī)理并消減表面質(zhì)量的各向異性,已成為亟待解決的科學(xué)問題。此外,在單晶硅的納米切削過程中,金剛石刀具易在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的磨損,導(dǎo)致加工表面質(zhì)量迅速惡化。因此,本文圍繞金剛石刀具前角動(dòng)態(tài)調(diào)整納米切削單晶硅這一新穎的加工方法,采用分子動(dòng)力學(xué)方法開展了如下幾個(gè)方面的研究工作:首先,為模擬納米切削過程,建立了新改進(jìn)的金剛石刀具角度動(dòng)態(tài)調(diào)整的單晶硅納米切削模型。并選擇適當(dāng)?shù)膭?shì)函數(shù),積分方法及系綜等參數(shù)。其次,在相同的切削條件下,將刀具擺動(dòng)調(diào)整到0°,-7°,-15°,-21°,-30°以及-45°這六種不同的切削前角進(jìn)行仿真模擬。通過切削力,摩擦系數(shù),溫度,徑向分布函數(shù)和磨損率進(jìn)一步分析不同的調(diào)整角度對(duì)刀具磨損行為的影響。通過模擬結(jié)果得出磨損程度最大的調(diào)整角度,并進(jìn)一步解釋了這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,證明了該現(xiàn)象的正確性。再次,基于大規(guī)模得單晶硅工件的納米切削反正模型,分析刀具角度的動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)單晶硅納米切削行為的影響,將刀具擺動(dòng)到-10°,-15°,-20°,-25°,-30°,-35°以... 

【文章來源】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：58 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

單晶硅的加工表面質(zhì)量各向異性示意圖

圖 1.2 旋轉(zhuǎn)刀具(spin-turning)超精密車削單晶硅工藝方法示意圖 R.March 通過旋轉(zhuǎn)刀具裝置來解決大直徑單晶硅的超精密切削刀具磨損和，提高切削加工的質(zhì)量，研究結(jié)果還指出該工藝方法產(chǎn)生的面形精度與固ary-tool)車削方式產(chǎn)生的面形精度都 能控制在 100nm 以內(nèi)。在他的研究中電晶體測(cè)力儀和聲發(fā)射傳感器，檢測(cè)到了由于不同晶體學(xué)方向上不同切削削力和聲信號(hào)的各向異性波動(dòng)。分別研究了不轉(zhuǎn)動(dòng)刀具、斷續(xù)快速轉(zhuǎn)動(dòng)刀轉(zhuǎn)動(dòng)刀具三種情況，研究表明，不轉(zhuǎn)動(dòng)刀具時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間的加工后，射信號(hào)和切削力信號(hào)都呈現(xiàn)明顯的各向異性，說明刀具很快磨損；當(dāng)小角速轉(zhuǎn)動(dòng)刀具時(shí)，不斷有新的切削刃進(jìn)入切削區(qū)域，此時(shí)聲發(fā)射信號(hào)的各向均勻，說明由于刃口磨損的部位被轉(zhuǎn)換出切削區(qū)域后，切削加工后的表面好，但是由于斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)刀具，聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生了跳躍，意味著斷續(xù)快速轉(zhuǎn)了切削過程的不連續(xù)；但緩慢的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)刀具時(shí)，獲得聲發(fā)射信號(hào)變得連被磨損的刀具不斷被旋轉(zhuǎn)出切削區(qū)域，切削表面質(zhì)量進(jìn)一步獲得優(yōu)化。但

基于新改進(jìn)的切削模型，模擬研究配位數(shù)，應(yīng)力，溫度，切削力，勢(shì)能對(duì)單晶硅擺動(dòng)切削行為的影響，以及研究出最佳的調(diào)整角度。1.5 研究方案及技術(shù)路線本項(xiàng)目涉及的多變形尺度、多影響因素復(fù)雜過程的理論研究，綜合晶體學(xué)、位錯(cuò)力學(xué)、細(xì)觀應(yīng)變梯度塑性理論、斷裂力學(xué)和切削理論中的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行理論分析和建模，同時(shí)采用分子動(dòng)力學(xué)模擬和計(jì)算模擬等多種方式對(duì)加工過程中的現(xiàn)象進(jìn)行研究，并充分應(yīng)用各種現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段，如納米壓痕、中子衍射成像、透射電鏡成像、納米原位測(cè)量、原子力顯微鏡等技術(shù)，開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，總體研究思路如圖 1.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單晶硅納米切削中C—C鍵斷裂對(duì)金剛石刀具磨損的影響[J]. 王治國(guó),張鵬,陳家軒,白清順,梁迎春.  物理學(xué)報(bào). 2015(19)
[2]超精密切削中單晶脆性材料脆塑轉(zhuǎn)變過程[J]. 王明海,王維,高蕾.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(03)
[3]飛秒激光對(duì)兩種不同的單晶硅的輻照損傷研究[J]. 馬鵬飛,劉中山,常方高,宋桂林,王克棟.  人工晶體學(xué)報(bào). 2013(01)
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[5]高功率激光發(fā)射系統(tǒng)的一級(jí)擴(kuò)束設(shè)計(jì)[J]. 邵帥,高云國(guó),郭勁.  激光與紅外. 2010(07)
[6]KDP晶體微納米加工表層缺陷對(duì)其激光損傷閾值的影響[J]. 陳明君,姜偉,龐啟龍,劉新艷.  強(qiáng)激光與粒子束. 2010(01)
[7]非球面曲面光學(xué)零件超精密加工裝備與技術(shù)[J]. 羅松保,張建明.  光學(xué)精密工程. 2003(01)
[8]金剛石車刀前角與切削刃鈍圓半徑對(duì)單晶硅加工表層質(zhì)量的影響[J]. 趙清亮,陳明君,梁迎春,董申,鄧馳.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2002(12)
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博士論文
[1]基于分子動(dòng)力學(xué)的單晶硅納米切削過程中刀具磨損的研究[D]. 王治國(guó).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]基于刀具擺動(dòng)進(jìn)給的非球曲面超精密車削方法及系統(tǒng)研究[D]. 李國(guó).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3107902