發(fā)布時(shí)間：2020-09-19 21:33

　　 近年來(lái),單晶硅作為一種優(yōu)良的單晶材料,在太陽(yáng)能發(fā)電、集成電路、紅外光學(xué)系統(tǒng)等許多產(chǎn)品上發(fā)揮著重要的作用。但是,單晶硅的一個(gè)顯著特性是硬脆性,加工過(guò)程中非常容易由于材料發(fā)生脆性斷裂而出現(xiàn)微裂紋和凹坑,不利于光滑加工表面的實(shí)現(xiàn)。加工得到的單晶硅器件不僅要求擁有良好的表面質(zhì)量,還要求具備越來(lái)越復(fù)雜的表面,如微透鏡陣列,以發(fā)揮更優(yōu)良的使用性能和擁有更廣的使用范圍。通過(guò)納米壓痕技術(shù)和維氏壓痕技術(shù)對(duì)單晶硅的材料特性進(jìn)行測(cè)試分析,計(jì)算得到彈性模量、硬度、斷裂韌性三個(gè)重要的材料性能指標(biāo)。對(duì)單晶硅切削加工過(guò)程進(jìn)行建模,完成單晶硅切削加工切削比能模型的建立,并基于切削比能模型建立脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削厚度預(yù)測(cè)模型,仿真分析切削過(guò)程中加工參數(shù)、刀具參數(shù)等對(duì)臨界厚度的影響規(guī)律,設(shè)計(jì)切削加工實(shí)驗(yàn)完成模型正確性的檢驗(yàn)。并為下一步單晶硅微透鏡陣列等加工應(yīng)用的加工參數(shù)確定提供依據(jù)。開展單晶硅銑削加工實(shí)驗(yàn),在獲取單晶硅臨界厚度值的基礎(chǔ)上確定加工參數(shù)范圍。借助掃描電鏡和拉曼光譜儀對(duì)切屑和加工表面進(jìn)行觀測(cè),分析不同刀具類型對(duì)單晶硅銑削表面形成機(jī)理和切屑形態(tài)的影響。將加工表面的拉曼光譜信息進(jìn)行處理分析,用于表征單晶硅銑削加工后的加工損傷,分析了每齒進(jìn)給量、刀具類型、潤(rùn)滑條件對(duì)加工表面的形貌和加工損傷的影響。此外,對(duì)不同刀具類型加工時(shí)的刀具磨損情況進(jìn)行了分析。完成對(duì)不同類型微透鏡陣列表面進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,在此基礎(chǔ)上結(jié)合四種微透鏡陣列加工策略完成銑削軌跡規(guī)劃。建立微透鏡陣列表面加工誤差評(píng)價(jià)流程,通過(guò)模板匹配技術(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論建立微透鏡陣列表面匹配模型,完成測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的最大程度的貼合,便于對(duì)加工后的微透鏡陣列進(jìn)行評(píng)估。開展了3×3單晶硅微透鏡陣列銑削加工實(shí)驗(yàn),分析不同加工參數(shù)和加工軌跡對(duì)微透鏡陣列銑削效果的影響,借助激光共聚焦顯微鏡對(duì)透鏡表面誤差進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)單晶硅塑性域切削相關(guān)研究,并且結(jié)合單晶硅微透鏡陣列上的加工應(yīng)用,有助于提升加工得到的單晶硅器件的使用性能、使用壽命和使用范圍。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.2
【部分圖文】：

源受到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于刀具變形和工件亞表層質(zhì)量預(yù)超精密銑削加工運(yùn)動(dòng)規(guī)劃”（編號(hào)：51475188）和國(guó)家杰出青年科學(xué)基技術(shù)與裝備”（編號(hào)：51625502）的資助。景及意義，玻璃、藍(lán)寶石、工程陶瓷、單晶硅等硬脆性材料的精密和超精密加到了多方面的關(guān)注，在光伏產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療、半導(dǎo)體、光學(xué)器件等領(lǐng)域得。其中的單晶硅作為一種優(yōu)良的單晶材料，具有導(dǎo)熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度外透過(guò)率高的特點(diǎn)。如圖 1-1 所示，單晶硅在太陽(yáng)能發(fā)電、集成電路許多產(chǎn)品上發(fā)揮著重要的作用。而隨著這些產(chǎn)品對(duì)核心器件的性能要晶硅的加工制造提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。不僅要求在表面粗糙度上達(dá)到納亞表層無(wú)損傷甚至低損傷，而且要求具備越來(lái)越復(fù)雜的表面，如微透鏡良的使用性能和擁有更廣的使用范圍。

初步評(píng)估其切削性能。通過(guò)單晶切削力模型基礎(chǔ)上建立單晶硅切預(yù)測(cè)單晶硅脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削深塑性域內(nèi)加工從而得到光滑表面實(shí)驗(yàn)與分析分析記錄壓頭上施加的載荷和壓入樣荷位移曲線能夠計(jì)算材料彈性模原位納米壓痕儀（Hysitron TI75小施加載荷可以達(dá)到 μN(yùn) 甚至 nN晶硅的微觀力學(xué)特性。測(cè)試時(shí)在值。單晶硅納米壓痕實(shí)驗(yàn)中采取最大載荷為 8mN。

科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 載荷隨位移的變化情況。加載過(guò)程中，隨著施也隨著增加，載荷與位移之間的關(guān)系為非線性，卸載過(guò)程中材料會(huì)發(fā)生一定程度的彈性恢復(fù)得力學(xué)性能發(fā)生變化，卸載曲線出現(xiàn)一個(gè)明顯壓頭痕跡，通過(guò)原位納米壓痕儀的原位掃描探留痕跡如圖 2-3 所示，可以看到壓痕形狀是與壓而隆起，除此之外壓痕四周光滑平整，沒(méi)有任中，當(dāng)最大載荷小于 8mN 時(shí)，硬脆性材料單性斷裂。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉洋;;單晶硅磨削加工后的表面損傷研究[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2015年10期

2 杜鵑;李占杰;宮虎;房豐洲;;硬脆材料加工誘導(dǎo)崩邊斷裂的機(jī)理分析及控制方法研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2013年10期

3 程祥;高斌;楊先海;劉軍營(yíng);田忠強(qiáng);;微細(xì)塑性銑削單晶硅實(shí)驗(yàn)研究[J];山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年04期

4 賈鵬;周明;;金剛石切削Soda-lime玻璃中的刀具磨損及其對(duì)工件表面粗糙度的影響[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

5 陳浩鋒;王建敏;戴一帆;鄭子文;焦飛飛;;超精密切削氟化鈣單晶金剛石刀具磨損研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;2011年13期

6 楊占凱;董文滿;諶祖輝;張鵬;;微結(jié)構(gòu)的精密微細(xì)銑削加工技術(shù)研究[J];航空精密制造技術(shù);2011年01期

7 趙宏偉;楊柏豪;趙宏健;黃虎;;單晶硅納米力學(xué)性能的測(cè)試[J];光學(xué)精密工程;2009年07期

8 宗文俊;孫濤;李旦;董申;程凱;;超精密切削單晶硅的刀具磨損機(jī)理[J];納米技術(shù)與精密工程;2009年03期

9 梁靜秋;侯鳳杰;;采用硅V型槽的一維光纖陣列的研制[J];光學(xué)精密工程;2007年01期

10 門海寧;程光華;孫傳東;;飛秒激光作用下的硅表面微結(jié)構(gòu)及發(fā)光特性[J];強(qiáng)激光與粒子束;2006年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 汪圣飛;KDP晶體本構(gòu)模型建立及超精密飛切加工過(guò)程的建模分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 陳遠(yuǎn)流;面向微結(jié)構(gòu)陣列的超精密切削加工與測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2014年

3 周京博;非回轉(zhuǎn)對(duì)稱微結(jié)構(gòu)表面超精車削軌跡生成及形狀誤差評(píng)價(jià)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

4 李文龍;復(fù)雜曲面零件數(shù)據(jù)拼合與精密加工技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 趙兵;單晶硅納米切削實(shí)驗(yàn)及表面完整性研究[D];天津大學(xué);2016年

2 徐禮威;微透鏡陣列超精密切削加工技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 闞世奇;微小型自由曲面表面形貌的表征與評(píng)價(jià)[D];北京理工大學(xué);2015年

4 徐飛飛;晶體材料納米級(jí)切削機(jī)理及拉曼光譜表面表征[D];天津大學(xué);2012年

5 張國(guó)鋒;光學(xué)玻璃切削過(guò)程中金剛石刀具磨損規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 劉浩;基于微透鏡陣列的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2823017