微細(xì)超聲波加工單晶硅脆塑轉(zhuǎn)變判別標(biāo)準(zhǔn)的研究.pdf

1、單晶硅，壓電石英以及工程陶瓷等硬脆性材料憑借其高硬度，耐高溫，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航天、醫(yī)學(xué)、汽車(chē)等領(lǐng)域。隨著微細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料的表面質(zhì)量和尺寸精度要求也在不斷提高。微細(xì)超聲波加工作為一種微細(xì)加工手段，因?yàn)槠浼庸み^(guò)程不受材料導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的限制而成為最適合加工硬脆材料的方法。
　　許多學(xué)者通過(guò)其他加工手段如車(chē)削，銑削和磨削在脆性材料上已經(jīng)觀察到塑性加工的特征。本文采用的是微細(xì)超聲波加工來(lái)探究脆性材料的塑性去除。傳統(tǒng)意義

2、上來(lái)說(shuō)，微細(xì)超聲波加工硬脆材料的模式大多屬于脆性去除，加工表面常常覆蓋許多崩碎的凹坑和裂紋，這樣會(huì)大大降低材料的力學(xué)性能同時(shí)表面質(zhì)量也難以滿足要求。為克服這一加工缺點(diǎn)可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整加工參數(shù)可以使微細(xì)超聲波加工中的塑性去除比例提高，進(jìn)而提高材料的表面質(zhì)量。但是目前對(duì)于微細(xì)超聲波加工的脆塑模式判別方式基本上是根據(jù)主觀的判斷，并未提出一個(gè)客觀統(tǒng)一的判別方法。因此本文基于脆性固體斷裂理論，通過(guò)工具不旋轉(zhuǎn)的微細(xì)超聲波加工進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，旨在找到這

3、樣一個(gè)有說(shuō)服力的判別標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)圖像觀測(cè)，數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，找到單晶硅<100>面在微細(xì)超聲波加工的條件下脆塑轉(zhuǎn)變的臨界力范圍:當(dāng)單個(gè)磨粒最大沖擊力小于0.065g時(shí)，加工表面呈現(xiàn)明顯的塑性特征;當(dāng)單個(gè)磨粒最大沖擊力大于0.15g時(shí)，加工表面為脆性加工;當(dāng)單個(gè)磨粒最大沖擊力介于0.065g和0.15g之間，加工表面處于脆塑轉(zhuǎn)變狀態(tài)。然后通過(guò)表面輪廓儀對(duì)輪廓底面進(jìn)行粗糙度分析，最終得出粗糙度Rpk可以作為微細(xì)超聲波加工單晶硅<100>面脆

4、塑轉(zhuǎn)變的判別標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)Rpk大于500nm時(shí)，加工表面由脆性模式去除;當(dāng)Rpk小于450nm時(shí)，加工表面呈現(xiàn)明顯的塑性去除特征;當(dāng)Rpk介于450nm和500nm之間，加工表面兼具有脆性和塑性的去除特征，處于脆塑轉(zhuǎn)變狀態(tài)。
　　此外，本文對(duì)于工具旋轉(zhuǎn)的微細(xì)超聲波加工單晶硅<100>的加工表面也做了關(guān)于脆塑轉(zhuǎn)變方面的分析，結(jié)果表明粗糙度Rpk同樣適用于工具旋轉(zhuǎn)的微細(xì)超生波加工，并得出了在三種不同直徑的磨粒加工下脆塑轉(zhuǎn)變臨界力的大致范圍