單晶硅納米切削實(shí)驗(yàn)及表面完整性研究.pdf

1、近年來，納米技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)于微小關(guān)鍵零部件的加工提出了新的更高的需求和挑戰(zhàn)，如不僅要求加工表面光滑無缺陷，還要求控制已加工表面之下的近表層（亞表面）的損傷。由于納米切削加工形成的表面/亞表面損傷會(huì)影響零件的物理力學(xué)性能和使用壽命，要提高零件加工的完整性，需要深入開展納米切削的加工機(jī)理和實(shí)驗(yàn)工藝研究。本文對(duì)納米切削的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，基于實(shí)驗(yàn)室已搭建的掃描電鏡在線納米切削平臺(tái)，開展了典型脆性材料單晶硅的金剛石刀具納米切削實(shí)驗(yàn)。論文的主

2、要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)在兼顧加工效率和加工質(zhì)量的情況下，對(duì)利用聚焦離子束(FIB)技術(shù)制備單晶銅、AA6061鋁合金的電子背散射衍射(EBSD)表征樣品進(jìn)行了研究，獲得了適合這兩種材料的EBSD制樣的FIB加工參數(shù)。利用FIB技術(shù)對(duì)單晶金剛石刀具進(jìn)行修銳，獲得了75 nm刃口半徑的刀具。
　　(2)基于納米切削平臺(tái)系統(tǒng)，對(duì)單晶硅納米切削的脆塑轉(zhuǎn)變深度進(jìn)行了金剛石刀具可控納米切削實(shí)驗(yàn)研究。探討了單晶硅塑性去除加工的機(jī)理，

3、對(duì)不同晶向單晶硅的脆塑轉(zhuǎn)變深度差異進(jìn)行了研究分析。研究發(fā)現(xiàn)，在(001)<100>晶向上切削時(shí)，切削厚度在50 nm以下，可以獲得良好的加工表面。在(001)<110>和(111)<10-1>晶向上切削時(shí)，要想獲得良好的加工表面，需要將切削厚度控制在90 nm以下。
　　(3)利用75 nm刃口半徑的金剛石刀具開展了單晶硅的連續(xù)多次納米切削的加工研究。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)重復(fù)納米切削的單次切削厚度小于單晶硅脆塑轉(zhuǎn)變深度時(shí)，已切削加工表面會(huì)周

4、期性出現(xiàn)微小凹坑等脆性去除現(xiàn)象。當(dāng)切削厚度較小時(shí)，表面產(chǎn)生的凹坑隨著納米切削的進(jìn)行可以修復(fù);而當(dāng)切削厚度較大時(shí)，出現(xiàn)脆性斷裂后，隨著納米切削的進(jìn)行，凹坑的大小和數(shù)量會(huì)發(fā)生變化，但是表面凹坑已經(jīng)不可修復(fù)去除。
　　(4)運(yùn)用EBSD和顯微拉曼光譜，對(duì)單次和多次納米切削的表面及切屑進(jìn)行了微觀表征分析。研究表明，通過采用不同的電子束加速電壓，EBSD可以對(duì)材料亞表面不同深度的相變等改性信息進(jìn)行探測(cè)和表征;利用EBSD的衍射帶襯度BC值，