光學(xué)石英玻璃為各項(xiàng)同性的非晶態(tài)固體材料,因其在結(jié)構(gòu)和性能上具有高度均勻性、特定且精確的光學(xué)常數(shù)、良好的透明性、耐高溫、耐腐蝕以及高強(qiáng)度和硬度等特點(diǎn),被廣泛運(yùn)用在光學(xué)領(lǐng)域,是美國(guó)的國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施（NIF）和我國(guó)重大慣性約束核聚變項(xiàng)目（ICF）—神光工程激光裝置中透鏡、防濺射片和衍射鏡等光學(xué)元件的主要制作材料。石英玻璃在廣泛應(yīng)用的同時(shí),由于其硬度大、脆性大、斷裂韌性低,使其成為典型的難加工材料之一,加工過(guò)程中很容易產(chǎn)生表面/亞表面加工缺陷,如磨削加工中的燒傷、研磨過(guò)程中的微裂紋和亞表面致密化等,使其很難形成納米級(jí)的光學(xué)表面,嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、透光率和使用壽命等重要性能指標(biāo)。目前石英玻璃的主要加工方式是超精密磨削、研磨后化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）。通過(guò)拋光能有效的去除磨削過(guò)程帶來(lái)的損傷,提高表面質(zhì)量,拋光后的表面精度能夠達(dá)到納米級(jí)。CMP是具有復(fù)雜的機(jī)械,化學(xué),熱等多因素耦合的過(guò)程,表面材料在微觀尺度被去除,很難通過(guò)單純的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究CMP過(guò)程中的物化行為。本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬,引入化學(xué)反應(yīng)力場(chǎng)（ReaxFF）對(duì)化學(xué)作用進(jìn)行描述,對(duì)石英玻璃的材料去除機(jī)理進(jìn)行研究。首先利用MD技術(shù)將石英晶體... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題的來(lái)源、研究背景和意義
        1.1.1 課題來(lái)源
        1.1.2 課題的研究背景和意義
    1.2 脆硬材料塑性域加工技術(shù)
    1.3 化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)
        1.3.1 化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)簡(jiǎn)介
        1.3.2 石英玻璃CMP加工研究現(xiàn)狀
    1.4 分子動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)
        1.4.1 傳統(tǒng)分子動(dòng)力學(xué)方法研究材料加工性能現(xiàn)狀
        1.4.2 基于化學(xué)反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)方法的研究進(jìn)展
        1.4.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法存在的問(wèn)題
    1.5 本文的主要工作
2 分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)原理
    2.1 引言
    2.2 分子動(dòng)力學(xué)的原理和參數(shù)設(shè)置
        2.2.1 分子動(dòng)力學(xué)的基本原理
        2.2.2 系綜的選擇
        2.2.3 傳統(tǒng)分子動(dòng)力學(xué)的勢(shì)能函數(shù)
        2.2.4 ReaxFF反應(yīng)力場(chǎng)
        2.2.5 邊界條件的設(shè)定
        2.2.6 時(shí)間步長(zhǎng)的選取
    2.3 分子動(dòng)力學(xué)仿真軟件
    2.4 本章小結(jié)
3 石英玻璃在CMP過(guò)程中材料去除機(jī)理研究
    3.1 研究目標(biāo)和方法
    3.2 ReaxFF力場(chǎng)的選取
    3.3 適用于化學(xué)反應(yīng)的仿真模型的建立
        3.3.1 石英玻璃和水MD仿真模型的建立
        3.3.2 石英玻璃和水模型的驗(yàn)證
    3.4 石英玻璃和水相互作用
        3.4.1 石英玻璃和水界面反應(yīng)模型的建立
        3.4.2 石英玻璃表面羥基化過(guò)程
    3.5 石英玻璃表面原子在CMP中去除過(guò)程
        3.5.1 石英玻璃水環(huán)境下劃擦模型的建立
        3.5.2 界面Si-O-Si鍵的形成機(jī)理
        3.5.3 石英玻璃表面原子去除過(guò)程
        3.5.4 多個(gè)Si-O-Si鍵協(xié)同作用
    3.6 本章小結(jié)
4 加工參數(shù)對(duì)石英玻璃納觀物化行為的影響
    4.1 界面壓力的影響
        4.1.1 模擬參數(shù)設(shè)置
        4.1.2 界面壓力對(duì)材料去除率的影響
        4.1.3 界面壓力對(duì)材料去除形式的影響
    4.2 拋光速度的影響
        4.2.1 模擬參數(shù)的設(shè)置
        4.2.2 拋光速度對(duì)材料去除率的影響
        4.2.3 拋光速度對(duì)材料去除形式的影響
    4.3 石英玻璃表面化學(xué)狀態(tài)的影響
        4.3.1 模型建立和模擬參數(shù)的設(shè)置
        4.3.2 石英玻璃表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)材料去除率的影響
        4.3.3 石英玻璃表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)界面Si-O-Si鍵的影響
        4.3.4 石英玻璃表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)材料去除形式的影響
    4.4 溫度對(duì)石英玻璃超精密加工的影響
        4.4.1 納米壓痕模型的建立和模擬參數(shù)的設(shè)置
        4.4.2 溫度對(duì)石英玻璃力學(xué)性能的影響
        4.4.3 溫度對(duì)石英玻璃塑性域范圍的影響
        4.4.4 溫度對(duì)石英玻璃亞表面損傷變化的影響
    4.5 本章小結(jié)
5 石英玻璃表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)加工性能影響的實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 研究目標(biāo)和方法
    5.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)方案
        5.2.1 納米壓痕、劃痕測(cè)試原理和設(shè)備
        5.2.2 石英玻璃試件的準(zhǔn)備
        5.2.3 實(shí)驗(yàn)方案
    5.3 納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5.4 納米劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]ReaxFF反應(yīng)力場(chǎng)的開發(fā)及其在材料科學(xué)中的若干應(yīng)用[D]. 劉連池.上海交通大學(xué) 2012
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[4]IC制造中硅片化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理研究[D]. 蘇建修.大連理工大學(xué) 2006

碩士論文
[1]鎳基合金中五重孿晶形成及變形機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)研究[D]. 祝占偉.大連理工大學(xué) 2018
[2]鈦合金及鎳基合金化學(xué)機(jī)械拋光研究[D]. 史智豐.大連理工大學(xué) 2017
[3]基于MD方法的石英玻璃納米級(jí)加工機(jī)理研究[D]. 劉濤.大連理工大學(xué) 2017
[4]單晶硅磨削過(guò)程中損傷演化的MD仿真研究[D]. 李強(qiáng).大連理工大學(xué) 2017
[5]熔石英納米壓痕分子動(dòng)力學(xué)仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 王昆.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[6]堿性拋光液對(duì)銅平坦化的影響研究[D]. 劉蘋.清華大學(xué) 2009
[7]氧化鈰漿料中無(wú)機(jī)電解質(zhì)的加入對(duì)ZF7玻璃拋光材料去除速率的顯著促進(jìn)作用[D]. 危亮華.南昌大學(xué) 2008



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