目前,單晶硅元件表面質量的不一致性嚴重制約了其使用性能的進一步提高。為深入研究單晶硅加工表面質量各向異性的形成機理并消減表面質量的各向異性,已成為亟待解決的科學問題。此外,在單晶硅的納米切削過程中,金剛石刀具易在較短的時間內發(fā)生嚴重的磨損,導致加工表面質量迅速惡化。因此,本文圍繞金剛石刀具前角動態(tài)調整納米切削單晶硅這一新穎的加工方法,采用分子動力學方法開展了如下幾個方面的研究工作:首先,為模擬納米切削過程,建立了新改進的金剛石刀具角度動態(tài)調整的單晶硅納米切削模型。并選擇適當的勢函數,積分方法及系綜等參數。其次,在相同的切削條件下,將刀具擺動調整到0°,-7°,-15°,-21°,-30°以及-45°這六種不同的切削前角進行仿真模擬。通過切削力,摩擦系數,溫度,徑向分布函數和磨損率進一步分析不同的調整角度對刀具磨損行為的影響。通過模擬結果得出磨損程度最大的調整角度,并進一步解釋了這一現象產生的原因,證明了該現象的正確性。再次,基于大規(guī)模得單晶硅工件的納米切削反正模型,分析刀具角度的動態(tài)調整對單晶硅納米切削行為的影響,將刀具擺動到-10°,-15°,-20°,-25°,-30°,-35°以... 

【文章來源】：沈陽航空航天大學遼寧省

【文章頁數】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單晶硅的加工表面質量各向異性示意圖

圖 1.2 旋轉刀具(spin-turning)超精密車削單晶硅工藝方法示意圖 R.March 通過旋轉刀具裝置來解決大直徑單晶硅的超精密切削刀具磨損和，提高切削加工的質量，研究結果還指出該工藝方法產生的面形精度與固ary-tool)車削方式產生的面形精度都 能控制在 100nm 以內。在他的研究中電晶體測力儀和聲發(fā)射傳感器，檢測到了由于不同晶體學方向上不同切削削力和聲信號的各向異性波動。分別研究了不轉動刀具、斷續(xù)快速轉動刀轉動刀具三種情況，研究表明，不轉動刀具時，經過一段時間的加工后，射信號和切削力信號都呈現明顯的各向異性，說明刀具很快磨損；當小角速轉動刀具時，不斷有新的切削刃進入切削區(qū)域，此時聲發(fā)射信號的各向均勻，說明由于刃口磨損的部位被轉換出切削區(qū)域后，切削加工后的表面好，但是由于斷續(xù)轉動刀具，聲發(fā)射信號產生了跳躍，意味著斷續(xù)快速轉了切削過程的不連續(xù)；但緩慢的連續(xù)轉動刀具時，獲得聲發(fā)射信號變得連被磨損的刀具不斷被旋轉出切削區(qū)域，切削表面質量進一步獲得優(yōu)化。但

基于新改進的切削模型，模擬研究配位數，應力，溫度，切削力，勢能對單晶硅擺動切削行為的影響，以及研究出最佳的調整角度。1.5 研究方案及技術路線本項目涉及的多變形尺度、多影響因素復雜過程的理論研究，綜合晶體學、位錯力學、細觀應變梯度塑性理論、斷裂力學和切削理論中的有關知識進行理論分析和建模，同時采用分子動力學模擬和計算模擬等多種方式對加工過程中的現象進行研究，并充分應用各種現代實驗手段，如納米壓痕、中子衍射成像、透射電鏡成像、納米原位測量、原子力顯微鏡等技術，開展實驗驗證，總體研究思路如圖 1.3 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]單晶硅納米切削中C—C鍵斷裂對金剛石刀具磨損的影響[J]. 王治國,張鵬,陳家軒,白清順,梁迎春.  物理學報. 2015(19)
[2]超精密切削中單晶脆性材料脆塑轉變過程[J]. 王明海,王維,高蕾.  北京航空航天大學學報. 2013(03)
[3]飛秒激光對兩種不同的單晶硅的輻照損傷研究[J]. 馬鵬飛,劉中山,常方高,宋桂林,王克棟.  人工晶體學報. 2013(01)
[4]超短脈沖激光對單晶硅太陽能電池的損傷效應[J]. 邱冬冬,王睿,程湘愛,張震,江天.  紅外與激光工程. 2012(01)
[5]高功率激光發(fā)射系統的一級擴束設計[J]. 邵帥,高云國,郭勁.  激光與紅外. 2010(07)
[6]KDP晶體微納米加工表層缺陷對其激光損傷閾值的影響[J]. 陳明君,姜偉,龐啟龍,劉新艷.  強激光與粒子束. 2010(01)
[7]非球面曲面光學零件超精密加工裝備與技術[J]. 羅松保,張建明.  光學精密工程. 2003(01)
[8]金剛石車刀前角與切削刃鈍圓半徑對單晶硅加工表層質量的影響[J]. 趙清亮,陳明君,梁迎春,董申,鄧馳.  機械工程學報. 2002(12)
[9]在線調整刀具前角和后角抑制顫振的原理與試驗研究[J]. 梅志堅,楊叔子,昌松,師漢民,陳日曜.  武漢工學院學報. 1989(01)

博士論文
[1]基于分子動力學的單晶硅納米切削過程中刀具磨損的研究[D]. 王治國.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]基于刀具擺動進給的非球曲面超精密車削方法及系統研究[D]. 李國.哈爾濱工業(yè)大學 2010



本文編號：3107902