單晶碳化硅憑借其優(yōu)異的物理和機械性能,在電子應(yīng)用和航天、軍工等極端領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。磨削加工是單晶碳化硅精密加工的主要加工方式,而單顆磨粒加工過程的研究是深入探究磨削加工過程的前提條件。在磨削過程中,由于磨粒與工件的相互作用,磨粒被磨損乃至破碎,工件材料被去除,磨粒的形狀發(fā)生較大的變化。在過去的研究中,磨粒的形狀是影響材料去除過程的重要因素之一。為此,本文以金剛石磨粒和單晶碳化硅（SiC）為研究對象,通過單顆磨粒劃擦實驗的方法,分別采用單顆金剛石磨粒的<111>和<110>晶面劃擦單晶SiC的碳（C）面和硅（Si）面,分析了金剛石磨粒<111>和<110>晶面的破損過程及典型破損形態(tài),并對金剛石磨粒不同晶面的破損形態(tài)進行表征和檢測,進一步剖析了金剛石磨粒的破損對單晶SiC材料去除機理的影響。最終,通過基于光滑粒子流體動力學(xué)（SPH）仿真的方法推演了關(guān)鍵破損量與劃痕形貌的關(guān)鍵參數(shù)及劃擦力的關(guān)系。本文的主要工作總結(jié)如下:（1）通過單顆磨粒劃擦實驗,對比分析金剛石磨粒的破損規(guī)律,并對金剛石磨粒特征參數(shù)進行表征,分析了金剛石磨粒<111... 

【文章來源】：華僑大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

四種單顆磨粒加工方式[5]

第1章緒論9磨粒的破損也必將使得工件材料的材料去除過程發(fā)生變化，材料去除過程的變化也必將對磨粒的進一步破損產(chǎn)生影響。因此，對金剛石磨粒破損與工件材料去除過程中彼此相互影響的研究對深入剖析單晶碳化硅磨削過程和金剛石磨粒的破損過程有較大的理論價值，對實現(xiàn)單晶碳化硅材料和金剛石磨粒低損磨削有一定的指導(dǎo)作用。1.2單晶碳化硅和金剛石的性能特點1.2.1單晶碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)SiC可以結(jié)晶成多種晶體結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)都具有其獨特的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。常見的碳化硅多型體結(jié)構(gòu)有3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC(C表示立方晶系；H表示六方晶系；R表示斜方六面體晶系)，其中3C-SiC通常被稱為SiC,其他多型體則被稱為αSiC。圖1.2為3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC的結(jié)構(gòu)示意圖，藍色球和黑色球分別代表Si原子和C原子。SiC多型體的穩(wěn)定性和形成晶核的概率強烈依賴于溫度[11]，例如，3C-SiC并不穩(wěn)定，在高于1900~2000℃的很高溫度下會轉(zhuǎn)變?yōu)榱絊iC多型體[12]，如6H-SiC。3C-SiC的這種不穩(wěn)定性使它很難以一個合理的速率生長大的3C-SiC晶錠。所以4H-SiC和6H-SiC多型體是最常見的，并且到目前為止被廣泛研究[13-14]。（a）（b）（c）圖1.2單晶碳化硅晶格結(jié)構(gòu)（a）3C-SiC（b）4H-SiC（c）6H-SiC

華僑大學(xué)碩士學(xué)位論文101.2.2單晶碳化硅的硬度和機械性能SiC的機械性能也是獨一無二的，它是已知的最堅硬的材料之一。表1.1列出了SiC的主要機械性能[15],這些特性和多型體的關(guān)系不大。即使是在很高的溫度下，SiC仍保持它的高的硬度和彈性。室溫下，SiC的屈服（斷裂）強度可以達到21GPa,在1000℃時其值估算為0.3GPa。表1.1SiC在室溫下主要的機械性能和熱性能[10]性質(zhì)4H-SiC或6H-SiC密度/gcm-33.21楊氏模量/GPa390~690斷裂強度/GPa21泊松比0.21C11501C12111C1352C33553C44163比熱/Jg-1K-10.69熱導(dǎo)率/Wcm-1K-13.3~4.91.2.3金剛石晶體結(jié)構(gòu)簡介金剛石結(jié)構(gòu)的原型是金剛石晶體，屬于立方晶系，如圖1.3所示。在金剛石晶體中，每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構(gòu)成正四面體。金剛石主要化學(xué)成分是碳，在常溫下，金剛石晶格常數(shù)為0.3566nm，碳原子層最小間距為0.1545nm[16]，金剛石晶體的密度為3.52g/cm3。圖1.3金剛石晶體晶胞

【參考文獻】：
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碩士論文
[1]單晶碳化硅超聲—電化學(xué)機械拋光仿真與實驗研究[D]. 翟權(quán).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]基于單顆磨粒的工程陶瓷磨削仿真與試驗研究[D]. 胡浩.南京航空航天大學(xué) 2017



本文編號：3593015