本文關(guān)鍵詞：軟脆晶體鈮酸鋰的磨削實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬

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【摘要】：鈮酸鋰(LiNbO_3,LN)晶體是一種優(yōu)異的壓電材料,因其優(yōu)異的鐵電、介電、熱電、電光等性能,被視為“光學(xué)硅”,在光導(dǎo)、聲表面波等器件中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但由于它的“軟脆”特性,在機(jī)械加工時(shí)易于損傷,甚至斷裂。伴隨著相應(yīng)產(chǎn)品的微型化和集成化,對(duì)晶片厚度與表面質(zhì)量要求越來(lái)越高。所以針對(duì)鈮酸鋰晶體材料特性及應(yīng)用要求,急需開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的高效加工技術(shù)是具有非常重要的理論與工程意義。本文針對(duì)鈮酸鋰晶片進(jìn)行了磨削減薄實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)優(yōu)化加工工藝參數(shù),獲得了厚度為100μm的晶片。對(duì)鈮酸鋰磨削后的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征分析,對(duì)鈮酸鋰的斷裂現(xiàn)象進(jìn)行了初步理論分析。最后通過(guò)仿真軟件對(duì)鈮酸鋰晶片磨削加工進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。主要研究工作包括:(1)分析了壓電材料的材料去除原理和鈮酸鋰晶片的壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)原理,并對(duì)壓電材料斷裂實(shí)驗(yàn)和理論進(jìn)行了總結(jié)。(2)通過(guò)橫向減薄磨削設(shè)備對(duì)鈮酸鋰晶片進(jìn)行了磨削實(shí)驗(yàn),并對(duì)鈮酸鋰晶片磨削減薄過(guò)程中發(fā)生的斷裂現(xiàn)象進(jìn)行了研究,得到了裂紋的產(chǎn)生與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。(3)通過(guò)有限元模擬仿真鈮酸鋰晶片磨削,得到了晶片的變形云圖、應(yīng)力云圖及表面的電位圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈮酸鋰晶片在磨削至80μm的時(shí)候有對(duì)稱的4個(gè)區(qū)域應(yīng)力較大,這些區(qū)域是容易發(fā)生斷裂的區(qū)域,并從壓痕斷裂力學(xué)的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析。(4)通過(guò)耦合仿真模擬晶片磨削時(shí)施加外加電載荷時(shí)的應(yīng)力場(chǎng),發(fā)現(xiàn)加載電載荷后可以減弱鈮酸鋰晶片的應(yīng)力集中程度,說(shuō)明外加電載荷有益于降低斷裂趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：鈮酸鋰晶片 磨削 有限元仿真 斷裂
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34;O786
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 鈮酸鋰晶片的物理特性及應(yīng)用11-15
• 1.2.1 鈮酸鋰晶體的物理性質(zhì)和基本結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 鈮酸鋰晶體的生長(zhǎng)方法12-14
• 1.2.3 鈮酸鋰晶體的應(yīng)用14-15
• 1.3 壓電材料的加工國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 鈮酸鋰晶體的加工國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4.1 化學(xué)機(jī)械拋光19-20
• 1.4.2 鍵合減薄20-21
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容21-24
• 1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.5.2 技術(shù)路線22-24
• 第2章 壓電材料去除原理和斷裂理論分析24-34
• 2.1 壓電材料的去除原理24-25
• 2.2 壓電材料的壓電方程和熱力學(xué)方程25-29
• 2.2.1 壓電材料的壓電方程25-28
• 2.2.2 壓電材料的熱力學(xué)方程28-29
• 2.3 壓電材料的斷裂理論分析29-32
• 2.3.1 壓電材料斷裂問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究29-30
• 2.3.2 斷裂準(zhǔn)則30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 鈮酸鋰晶體磨削減薄實(shí)驗(yàn)研究34-52
• 3.1 鈮酸鋰晶體磨削實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備34-38
• 3.1.1 磨削設(shè)備和試樣34-36
• 3.1.2 磨削液的配制36-37
• 3.1.3 機(jī)械磨削流程37-38
• 3.2 鈮酸鋰晶片SEM測(cè)試分析38-43
• 3.2.1 測(cè)試設(shè)備38-39
• 3.2.2 表面形貌SEM分析39-43
• 3.3 鈮酸鋰晶片表面的成份和TEM測(cè)試分析43-50
• 3.3.1 鈮酸鋰晶片表面成份分析43-44
• 3.3.2 鈮酸鋰晶片TEM測(cè)試分析44-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第4章 鈮酸鋰磨削的COMSOL Multiphysics有限元分析52-68
• 4.1 COMSOL Multiphysics軟件介紹52-53
• 4.2 壓電本構(gòu)方程和鈮酸鋰晶片的參數(shù)選擇53-54
• 4.3 鈮酸鋰晶片磨削的耦合場(chǎng)分析54-62
• 4.3.1 鈮酸鋰晶片模型的建立54-55
• 4.3.2 鈮酸鋰晶片耦合場(chǎng)分析55-62
• 4.4 鈮酸鋰晶片的瞬態(tài)分析62-66
• 4.4.1 鈮酸鋰晶片模型的建立62-63
• 4.4.2 鈮酸鋰晶片瞬態(tài)分析63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 第5章 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 本文總結(jié)68
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)68
• 5.3 課題展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-76
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果76

【參考文獻(xiàn)】

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