基于掃描電子顯微鏡的納米切削機(jī)理研究.pdf

1、納米切削技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展，納米切削推擠機(jī)理的揭示，為切削理論的研究開辟了更加廣闊的研究領(lǐng)域?；谛聶C(jī)理的一系列核心問題的探索，成為制造領(lǐng)域亟待解決的重要課題。目前對(duì)納米切削機(jī)理的研究主要基于超精密機(jī)床加工、原子力顯微鏡探針刻劃、分子動(dòng)力學(xué)模擬以及自主研發(fā)的納米切削系統(tǒng)來開展。然而，上述方法對(duì)于納米切削機(jī)理的深入研究存在著明顯不足。因此本文基于納米切削機(jī)理研究中亟需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的現(xiàn)狀，開展了一系列的實(shí)驗(yàn)探索，具體內(nèi)容如下：
　　

2、（1）研制了基于掃描電子顯微鏡的原位納米切削系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)直線、斜線、正弦曲線等多自由度切削的精確控制及在線觀測(cè)，有利于更直觀地研究納米切削機(jī)理。利用聚焦離子束加工技術(shù)對(duì)單晶金剛石刀具進(jìn)行加工，制備出不同刃口半徑的直線刃刀具。
　　（2）對(duì)納米切削系統(tǒng)的定位精度、剛度、可重復(fù)性、蠕變漂移特性以及極限切削能力進(jìn)行了測(cè)試。基于圖像處理手段對(duì)納米切削系統(tǒng)進(jìn)行了雙閉環(huán)反饋控制，修正該系統(tǒng)的蠕變漂移。輸入切削厚度為10 nm、50 nm

3、、100 nm時(shí)，實(shí)際切削厚度分別為10.6 nm、54.9 nm、105.4 nm。結(jié)果表明，該切削系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)加工精度，滿足納米切削加工要求。
　?。?）研究了切削厚度對(duì)單晶銅材料切屑形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)切削厚度小于40 nm時(shí)，沒有形成傳統(tǒng)切削時(shí)明顯的剪切帶，而當(dāng)切削厚度約為50-100 nm時(shí)，屬于剪切去除和推擠去除的臨界區(qū)域。分析了晶體取向、刃口半徑以及切削速度對(duì)單晶硅脆塑轉(zhuǎn)變臨界厚度的影響規(guī)律。通過對(duì)切屑變形的測(cè)量

4、，研究了切削速度和刀具刃口對(duì)切削變形的影響規(guī)律。對(duì)不同刀具刃口條件下的最小切削厚度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)最小切削厚度隨刀具刃口的增大而增大，并且二者比值介于0.36-0.51之間。
　?。?）通過顯微拉曼光譜分析了單晶硅材料的納米切削表面完整性，發(fā)現(xiàn)在納米切削過程中，存在著晶態(tài)轉(zhuǎn)變和相變。對(duì)硅片切屑的測(cè)試結(jié)果表明，單晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷Ч韬投嗑Ч?，而多晶硅占主要成分。研究了切削參?shù)對(duì)單晶銅和單晶硅亞表面損傷層厚度、殘余應(yīng)力、晶態(tài)變化、相變等的