本文選題：聚焦離子束 + 金剛石刀具�。� 參考：《天津大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：超精密加工領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展對(duì)高精度微細(xì)金剛石刀具需求越來(lái)越大,如何制備高精度的金剛石刀具以及實(shí)現(xiàn)刀具的加工質(zhì)量評(píng)價(jià),對(duì)推動(dòng)超精密加工技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。論文基于FIB/SEM平臺(tái),圍繞高精度的金剛石刀具開(kāi)展研究,分別對(duì)焦離子束加工機(jī)理、刀具的參數(shù)加工精度評(píng)價(jià)、以及刀具在切削過(guò)程中的納米尺度微小撓度變化檢測(cè)等開(kāi)展了基礎(chǔ)性的分析與研究:(1)對(duì)聚焦離子束的加工機(jī)理進(jìn)行了基礎(chǔ)性的分析,論文針對(duì)加工過(guò)程中離子束的入射規(guī)律,基于蒙特卡羅法模擬方法,對(duì)離子轟擊碳、硅等典型的基底材料進(jìn)行了仿真分析與建模,進(jìn)而研究了不同離子束的入射能量、角度等加工參數(shù)對(duì)射程、能量損傷、橫向離散等參數(shù)的影響規(guī)律,對(duì)優(yōu)化FIB加工金剛石刀具提供了機(jī)理分析和解釋。(2)搭建了基于SEM顯微圖像處理的刀具參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)采集所得到的刀具掃描電鏡圖像進(jìn)行處理,以實(shí)現(xiàn)刀具質(zhì)量的檢測(cè)與評(píng)價(jià),對(duì)圖像增強(qiáng)、亞像素邊緣定位等算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)與精度分析。研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于FIB制備的直線刃金剛石刀具的直線度良好,平均算術(shù)偏差為8.9 nm,偏離理想刃口的均方根波紋度為10 nm,由評(píng)價(jià)結(jié)果看出,本文所提出的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石刀具制備精度的測(cè)量與評(píng)價(jià)。(3)為了實(shí)現(xiàn)金剛石刀具掃描電鏡在線納米切削的切削力探測(cè),提出了基于SEM在線高分辨率顯微表征,開(kāi)展了單晶硅納米切削過(guò)程中對(duì)金剛石刀具刀桿微小撓度波動(dòng)的高精度實(shí)時(shí)檢測(cè),為SEM納米切削平臺(tái)的切削力檢測(cè)提供重要支撐;該測(cè)量方法通過(guò)尺寸標(biāo)定與目標(biāo)匹配對(duì)切削過(guò)程中刀具的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析,得到刀具刀桿撓度的變化規(guī)律曲線。論文通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型刀具圖像以及納米切削單晶硅的實(shí)時(shí)視頻的分析,研究的檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了刀具參數(shù)以及納米切削過(guò)程的撓度變化檢測(cè),有效推動(dòng)了微細(xì)金剛石刀具納米切削加工的基礎(chǔ)研究發(fā)展。
[Abstract]:The development of ultra-precision machining technology demands more and more high-precision fine diamond cutting tools. How to prepare high-precision diamond tools and how to evaluate the machining quality of cutting tools are of great significance to promote the development of ultra-precision machining technology. Based on the FIB/SEM platform, the paper studies the high precision diamond cutting tools, and evaluates the machining accuracy of the machining parameters of the cutting tools by focusing on the mechanism of ion beam machining, respectively. The basic analysis and research on the mechanism of focused ion beam processing are carried out in this paper. The incident law of ion beam in machining process is discussed in this paper. Based on Monte Carlo simulation method, the simulation analysis and modeling of typical substrate materials such as ion bombardment with carbon and silicon are carried out, and the damage to range and energy of different ion beam processing parameters, such as incident energy and angle, is studied. The influence law of transverse discrete parameters provides a mechanism analysis and explanation for optimizing FIB machining diamond tools. A tool parameter detection system based on SEM microscopic image processing is set up. In this system, the scanning electron microscope images are processed to detect and evaluate the tool quality, and the algorithms of image enhancement and sub-pixel edge location are designed and the accuracy is analyzed. The experimental results show that the straightness of the linear edge diamond tool based on FIB is good, the average arithmetic deviation is 8.9 nm, and the RMS waviness of the diamond tool deviating from the ideal edge is 10 nm. The method proposed in this paper can be used to measure and evaluate the precision of diamond tool preparation. In order to detect the cutting force of diamond tool in scanning electron microscope (SEM), a new method based on SEM is proposed. In the process of monocrystalline silicon nano-cutting, the high-precision real-time measurement of the micro deflection fluctuation of diamond tool rod is carried out, which provides an important support for the cutting force detection of SEM nano-cutting platform. The tool position in cutting process is monitored and analyzed by dimension calibration and target matching, and the curve of tool rod deflection is obtained. Based on the analysis of different cutting tool images and real time video of nanocrystalline silicon, the tool parameters and the deflection of nanoscale cutting process are detected by the system studied in this paper. It has effectively promoted the basic research and development of micro-diamond cutting tools.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG711;TP391.41

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