三體拋光過程中單晶硅內(nèi)納米裂紋的演化研究
發(fā)布時(shí)間：2022-01-17 11:12
拋光過程中納米裂紋的演變對(duì)工件質(zhì)量有重要影響。為了探究三體拋光過程中納米裂紋的演化情況,建立了分子動(dòng)力學(xué)（MD）模型和理論計(jì)算模型,研究了納米裂紋的演化過程以及初始溫度對(duì)裂紋演化的影響。研究發(fā)現(xiàn)仿真和計(jì)算結(jié)果吻合較好,且裂紋傾向于閉合而不是擴(kuò)展。仿真表明,裂紋愈合有兩種不同的方式:原子的協(xié)同位移和相變?cè)拥奶畛洹４送?初始溫度變化會(huì)影響原子的相變和裂紋的最終愈合效果。計(jì)算表明,拋光過程中沿裂紋線存在明顯的應(yīng)力分布不均,理論計(jì)算得到的應(yīng)力能很好地解釋裂紋在模擬過程中的愈合過程。研究結(jié)果可為少缺陷單晶硅的制備提供有益的指導(dǎo)。
【文章來(lái)源】：組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2020,(08)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
原子配位數(shù)變化
表1 仿真參數(shù) 材料 工件:Si 刀具:金剛石 大小 40a×40a×15a(a=5.43A) 半徑6nm 原子數(shù) 194415 138061 移動(dòng)速度 200ms-1 自轉(zhuǎn)100 ms-1 加工表面 在(0 1 0)面上沿(-1 0 0 )方向 步長(zhǎng) 1fs 系綜 NVE 松弛時(shí)間 50000步 初始溫度 300K、600K、900K、1200K 拋光深度 3nm 裂紋深度 工件表面下1.5～9.5 nm如圖1所示,工件分為3個(gè)區(qū)域:牛頓原子層,恒溫原子層和邊界原子層。牛頓原子層是磨粒與工件接觸過程中的實(shí)際接觸層。這些原子的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓方程來(lái)描述。恒溫原子層是用來(lái)及時(shí)有效地傳遞接觸過程中產(chǎn)生的熱量的。這樣可以保證接觸區(qū)在接觸過程中的溫度穩(wěn)定性。在該區(qū)域保持溫度恒定的方法是采用速度重標(biāo)法。為了研究不同初始下的裂紋演化情況,恒原子層的溫度被分別設(shè)置為300K、600K、900K、1200K這4種情況。邊界原子層不參與模擬計(jì)算。為了防止整個(gè)模型在接觸過程中的運(yùn)動(dòng)和遷移,減少工件的尺度效應(yīng),邊界層中的原子始終處于固定狀態(tài)。此外,在工件的z方向應(yīng)用周期性邊界條件,減小裂紋的尺寸效應(yīng)。通過刪除工件中的原子[5]可需要的初始裂紋,本文中裂紋都沿Z軸方向穿透工件。裂紋距上表面1.5nm,深度為8nm,裂紋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45o后平行于y軸,裂紋位置如圖2所示。
如圖1所示,工件分為3個(gè)區(qū)域:牛頓原子層,恒溫原子層和邊界原子層。牛頓原子層是磨粒與工件接觸過程中的實(shí)際接觸層。這些原子的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓方程來(lái)描述。恒溫原子層是用來(lái)及時(shí)有效地傳遞接觸過程中產(chǎn)生的熱量的。這樣可以保證接觸區(qū)在接觸過程中的溫度穩(wěn)定性。在該區(qū)域保持溫度恒定的方法是采用速度重標(biāo)法。為了研究不同初始下的裂紋演化情況,恒原子層的溫度被分別設(shè)置為300K、600K、900K、1200K這4種情況。邊界原子層不參與模擬計(jì)算。為了防止整個(gè)模型在接觸過程中的運(yùn)動(dòng)和遷移,減少工件的尺度效應(yīng),邊界層中的原子始終處于固定狀態(tài)。此外,在工件的z方向應(yīng)用周期性邊界條件,減小裂紋的尺寸效應(yīng)。通過刪除工件中的原子[5]可需要的初始裂紋,本文中裂紋都沿Z軸方向穿透工件。裂紋距上表面1.5nm,深度為8nm,裂紋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45o后平行于y軸,裂紋位置如圖2所示。在微觀原子模擬計(jì)算中,選擇合適的勢(shì)能函數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)是獲得精確結(jié)果的前提。在本研究中,拋光過程模擬中有3種不同的原子相互作用。工件內(nèi)硅原子之間的相互作用(Si-Si)由Pastewka等[9]開發(fā)的一種新型Tersoff勢(shì)模擬。為了加快計(jì)算速度和提高工作效率,硅原子和碳原子之間的相互作用,采用Morse型三體勢(shì)描述[10]。金剛石磨料中碳原子之間的相互作用被忽略,因?yàn)榈毒弑灰暈閯傮w[10]。為保證仿真精度,模型使用Velocity Verlet算法以1fs的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行積分,每2500步輸出一次計(jì)算結(jié)果。此外,拋光在NVE(微正則系綜)中進(jìn)行。本文采用Lammps軟件進(jìn)行MD仿真。獲得的數(shù)據(jù)由Ovito軟件進(jìn)行處理。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超精密磁流變復(fù)合拋光技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 肖曉蘭,閻秋生,潘繼生,于鵬,梁華卓,陳潤(rùn). 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(06)
本文編號(hào)：3594628
【文章來(lái)源】：組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2020,(08)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
原子配位數(shù)變化
表1 仿真參數(shù) 材料 工件:Si 刀具:金剛石 大小 40a×40a×15a(a=5.43A) 半徑6nm 原子數(shù) 194415 138061 移動(dòng)速度 200ms-1 自轉(zhuǎn)100 ms-1 加工表面 在(0 1 0)面上沿(-1 0 0 )方向 步長(zhǎng) 1fs 系綜 NVE 松弛時(shí)間 50000步 初始溫度 300K、600K、900K、1200K 拋光深度 3nm 裂紋深度 工件表面下1.5～9.5 nm如圖1所示,工件分為3個(gè)區(qū)域:牛頓原子層,恒溫原子層和邊界原子層。牛頓原子層是磨粒與工件接觸過程中的實(shí)際接觸層。這些原子的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓方程來(lái)描述。恒溫原子層是用來(lái)及時(shí)有效地傳遞接觸過程中產(chǎn)生的熱量的。這樣可以保證接觸區(qū)在接觸過程中的溫度穩(wěn)定性。在該區(qū)域保持溫度恒定的方法是采用速度重標(biāo)法。為了研究不同初始下的裂紋演化情況,恒原子層的溫度被分別設(shè)置為300K、600K、900K、1200K這4種情況。邊界原子層不參與模擬計(jì)算。為了防止整個(gè)模型在接觸過程中的運(yùn)動(dòng)和遷移,減少工件的尺度效應(yīng),邊界層中的原子始終處于固定狀態(tài)。此外,在工件的z方向應(yīng)用周期性邊界條件,減小裂紋的尺寸效應(yīng)。通過刪除工件中的原子[5]可需要的初始裂紋,本文中裂紋都沿Z軸方向穿透工件。裂紋距上表面1.5nm,深度為8nm,裂紋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45o后平行于y軸,裂紋位置如圖2所示。
如圖1所示,工件分為3個(gè)區(qū)域:牛頓原子層,恒溫原子層和邊界原子層。牛頓原子層是磨粒與工件接觸過程中的實(shí)際接觸層。這些原子的運(yùn)動(dòng)可以用牛頓方程來(lái)描述。恒溫原子層是用來(lái)及時(shí)有效地傳遞接觸過程中產(chǎn)生的熱量的。這樣可以保證接觸區(qū)在接觸過程中的溫度穩(wěn)定性。在該區(qū)域保持溫度恒定的方法是采用速度重標(biāo)法。為了研究不同初始下的裂紋演化情況,恒原子層的溫度被分別設(shè)置為300K、600K、900K、1200K這4種情況。邊界原子層不參與模擬計(jì)算。為了防止整個(gè)模型在接觸過程中的運(yùn)動(dòng)和遷移,減少工件的尺度效應(yīng),邊界層中的原子始終處于固定狀態(tài)。此外,在工件的z方向應(yīng)用周期性邊界條件,減小裂紋的尺寸效應(yīng)。通過刪除工件中的原子[5]可需要的初始裂紋,本文中裂紋都沿Z軸方向穿透工件。裂紋距上表面1.5nm,深度為8nm,裂紋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45o后平行于y軸,裂紋位置如圖2所示。在微觀原子模擬計(jì)算中,選擇合適的勢(shì)能函數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)是獲得精確結(jié)果的前提。在本研究中,拋光過程模擬中有3種不同的原子相互作用。工件內(nèi)硅原子之間的相互作用(Si-Si)由Pastewka等[9]開發(fā)的一種新型Tersoff勢(shì)模擬。為了加快計(jì)算速度和提高工作效率,硅原子和碳原子之間的相互作用,采用Morse型三體勢(shì)描述[10]。金剛石磨料中碳原子之間的相互作用被忽略,因?yàn)榈毒弑灰暈閯傮w[10]。為保證仿真精度,模型使用Velocity Verlet算法以1fs的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行積分,每2500步輸出一次計(jì)算結(jié)果。此外,拋光在NVE(微正則系綜)中進(jìn)行。本文采用Lammps軟件進(jìn)行MD仿真。獲得的數(shù)據(jù)由Ovito軟件進(jìn)行處理。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超精密磁流變復(fù)合拋光技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 肖曉蘭,閻秋生,潘繼生,于鵬,梁華卓,陳潤(rùn). 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(06)
本文編號(hào)：3594628
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