近年來,單晶硅作為一種優(yōu)良的單晶材料,在太陽能發(fā)電、集成電路、紅外光學(xué)系統(tǒng)等許多產(chǎn)品上發(fā)揮著重要的作用。但是,單晶硅的一個顯著特性是硬脆性,加工過程中非常容易由于材料發(fā)生脆性斷裂而出現(xiàn)微裂紋和凹坑,不利于光滑加工表面的實現(xiàn)。加工得到的單晶硅器件不僅要求擁有良好的表面質(zhì)量,還要求具備越來越復(fù)雜的表面,如微透鏡陣列,以發(fā)揮更優(yōu)良的使用性能和擁有更廣的使用范圍。通過納米壓痕技術(shù)和維氏壓痕技術(shù)對單晶硅的材料特性進(jìn)行測試分析,計算得到彈性模量、硬度、斷裂韌性三個重要的材料性能指標(biāo)。對單晶硅切削加工過程進(jìn)行建模,完成單晶硅切削加工切削比能模型的建立,并基于切削比能模型建立脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削厚度預(yù)測模型,仿真分析切削過程中加工參數(shù)、刀具參數(shù)等對臨界厚度的影響規(guī)律,設(shè)計切削加工實驗完成模型正確性的檢驗。并為下一步單晶硅微透鏡陣列等加工應(yīng)用的加工參數(shù)確定提供依據(jù)。開展單晶硅銑削加工實驗,在獲取單晶硅臨界厚度值的基礎(chǔ)上確定加工參數(shù)范圍。借助掃描電鏡和拉曼光譜儀對切屑和加工表面進(jìn)行觀測,分析不同刀具類型對單晶硅銑削表面形成機(jī)理和切屑形態(tài)的影響。將加工表面的拉曼光譜信息進(jìn)行處理分析,用于表征單晶硅銑削加工后的加工損傷,分析了每齒進(jìn)給量、刀具類型、潤滑條件對加工表面的形貌和加工損傷的影響。此外,對不同刀具類型加工時的刀具磨損情況進(jìn)行了分析。完成對不同類型微透鏡陣列表面進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,在此基礎(chǔ)上結(jié)合四種微透鏡陣列加工策略完成銑削軌跡規(guī)劃。建立微透鏡陣列表面加工誤差評價流程,通過模板匹配技術(shù)對測量數(shù)據(jù)點進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論建立微透鏡陣列表面匹配模型,完成測量數(shù)據(jù)點與設(shè)計數(shù)據(jù)點的最大程度的貼合,便于對加工后的微透鏡陣列進(jìn)行評估。開展了3×3單晶硅微透鏡陣列銑削加工實驗,分析不同加工參數(shù)和加工軌跡對微透鏡陣列銑削效果的影響,借助激光共聚焦顯微鏡對透鏡表面誤差進(jìn)行評價。通過對單晶硅塑性域切削相關(guān)研究,并且結(jié)合單晶硅微透鏡陣列上的加工應(yīng)用,有助于提升加工得到的單晶硅器件的使用性能、使用壽命和使用范圍。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.2
【部分圖文】：

源受到國家自然科學(xué)基金面上項目“基于刀具變形和工件亞表層質(zhì)量預(yù)超精密銑削加工運動規(guī)劃”（編號：51475188）和國家杰出青年科學(xué)基技術(shù)與裝備”（編號：51625502）的資助。景及意義，玻璃、藍(lán)寶石、工程陶瓷、單晶硅等硬脆性材料的精密和超精密加到了多方面的關(guān)注，在光伏產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療、半導(dǎo)體、光學(xué)器件等領(lǐng)域得。其中的單晶硅作為一種優(yōu)良的單晶材料，具有導(dǎo)熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度外透過率高的特點。如圖 1-1 所示，單晶硅在太陽能發(fā)電、集成電路許多產(chǎn)品上發(fā)揮著重要的作用。而隨著這些產(chǎn)品對核心器件的性能要晶硅的加工制造提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。不僅要求在表面粗糙度上達(dá)到納亞表層無損傷甚至低損傷，而且要求具備越來越復(fù)雜的表面，如微透鏡良的使用性能和擁有更廣的使用范圍。

初步評估其切削性能。通過單晶切削力模型基礎(chǔ)上建立單晶硅切預(yù)測單晶硅脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削深塑性域內(nèi)加工從而得到光滑表面實驗與分析分析記錄壓頭上施加的載荷和壓入樣荷位移曲線能夠計算材料彈性模原位納米壓痕儀（Hysitron TI75小施加載荷可以達(dá)到 μN(yùn) 甚至 nN晶硅的微觀力學(xué)特性。測試時在值。單晶硅納米壓痕實驗中采取最大載荷為 8mN。

科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 載荷隨位移的變化情況。加載過程中，隨著施也隨著增加，載荷與位移之間的關(guān)系為非線性，卸載過程中材料會發(fā)生一定程度的彈性恢復(fù)得力學(xué)性能發(fā)生變化，卸載曲線出現(xiàn)一個明顯壓頭痕跡，通過原位納米壓痕儀的原位掃描探留痕跡如圖 2-3 所示，可以看到壓痕形狀是與壓而隆起，除此之外壓痕四周光滑平整，沒有任中，當(dāng)最大載荷小于 8mN 時，硬脆性材料單性斷裂。

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本文編號：2823017