检索结果-内蒙古大学图书馆

光学精密工程 2024年第1期32卷 84-94页

作者：敖萌灿黄金星曾毓贤吴跃勤康仁科高尚大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室辽宁大连116024 华侨大学制造工程研究院福建厦门361021

钇铝石榴石(YAG)晶体是制造固体激光器的重要材料,超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法,研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用。为了实现YAG晶体低损伤磨削加工,获得高质量表... 详细信息

钇铝石榴石(YAG)晶体是制造固体激光器的重要材料,超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法,研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用。为了实现YAG晶体低损伤磨削加工,获得高质量表面,基于弹塑性接触理论和压痕断裂力学,通过分析单磨粒划擦作用下材料表面的变形过程,考虑材料的弹性回复、微观下力学性能的尺寸效应,建立了脆塑转变临界深度的预测模型,并计算得到YAG晶体的脆塑转变临界深度为66.7 nm。在此基础上,通过不同粒度砂轮超精密磨削YAG晶体试验对建立的脆塑转变临界深度预测模型进行验证,并计算不同粒度砂轮在相应工艺条件下的磨粒切深。结果表明,磨粒切深高于脆塑转变临界深度时,YAG晶体磨削表面材料以脆性方式被去除,磨削表面损伤严重;磨粒切深低于脆塑转变临界深度时,磨削表面材料以塑性方式被去除,能够获得高质量磨削表面,加工表面粗糙度达到1 nm。建立的脆塑转变临界深度预测模型能够为YAG晶体的低损伤超精密磨削加工提供理论指导。

关键词：超精密磨削 YAG晶体纳米压痕纳米划痕脆塑转变

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氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究

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表面技术 2020年第4期49卷 90-97页

作者：杨宇辉陈海彬马文举赵恒隆志力东莞理工学院机械工程学院广东东莞523808 哈尔滨工业大学(深圳)机电学院广东深圳518055 河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动... 详细信息

目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动及纵扭共振形式的旋转超声振动划痕与普通划痕对比试验。结果在相同试验条件下,超声振动划痕较普通划痕有较高的材料脆塑转变临界切削深度。适当地增大超声能量,纵扭共振比纵向振动具有更大的脆塑转变临界切削深度值;而随着进给速度的增大,纵向振动比纵扭共振具有更大的材料脆塑转变临界切削深度。结论通过不同划痕条件的对比,超声振动能有效提高氧化锆陶瓷的脆塑转变临界切削深度,增大塑性域加工范围,提高材料表面加工质量,验证了理论分析的正确性。

关键词：氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变临界切削深度塑性域

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单晶锗同晶面不同取向对脆塑转变影响的实验研究

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电子显微学报 2020年第4期39卷 364-369页

作者：马一鸣李珊杨晓京李金乐昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

单晶锗为各向异性材料,为考察同一晶面不同取向对单晶锗材料脆塑转变的影响,本文以(110)晶面单晶锗片为实验样品,进行了微纳米力学仪器化压入和划入的测量实验及分析,并利用超高分辨热场发射扫描电子显微镜,对实验后的样品表面微观形貌... 详细信息

单晶锗为各向异性材料,为考察同一晶面不同取向对单晶锗材料脆塑转变的影响,本文以(110)晶面单晶锗片为实验样品,进行了微纳米力学仪器化压入和划入的测量实验及分析,并利用超高分辨热场发射扫描电子显微镜,对实验后的样品表面微观形貌进行了观察。结果表明,单晶锗材料的同一晶面上的不同取向产生裂纹及裂纹的扩展能力不同。在同一晶面上的不同取向进行刻划后的表面质量及脆塑转变效果也不同。以单晶锗片倒角边缘<111>晶向向右为0°正方向,实验涉及165°、45°以及-75°三个取向,在165°方向上最容易产生裂纹且最容易扩展,沿该方向刻划过程脆塑转变临界载荷和临界深度最大;在-75°方向上最不易产生裂纹及扩展,沿该方向刻划过程脆塑转变临界载荷和临界深度也最小。

关键词：单晶锗压痕实验划痕实验脆塑转变

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基于超声振动切削方法的单晶硅脆塑转变能量模型研究

基于超声振动切削方法的单晶硅脆塑转变能量模型研究

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作者：周行华中科技大学

学位级别：硕士

单晶硅由于其独特的物理化学性质,在集成电路（IC）、微机电系统（MEMS）、先进的红外光学和光电等领域有着广泛的应用,包括热成像透镜、光伏电池等。由于其固有特性如断裂韧性低、硬度高、弹性模量高、脆性高等,单晶硅属于一种典型难... 详细信息

单晶硅由于其独特的物理化学性质,在集成电路（IC）、微机电系统（MEMS）、先进的红外光学和光电等领域有着广泛的应用,包括热成像透镜、光伏电池等。由于其固有特性如断裂韧性低、硬度高、弹性模量高、脆性高等,单晶硅属于一种典型难加工的硬脆材料。一维振动切削是一种有前景能加工脆性材料的技术,能显著提高脆性材料临界切削深度。在单晶硅的一维振动加工前能提前预测临界切削深度然将有效提高加工效率,而在脆性材料的一维振动加工中,临界切削深度与名义切削速度之间的关系亟待理解。本文建立了一个单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型,并通过单晶硅沟槽实验得到的临界切削深度值验证模型的正确性。本文围绕单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型,对单晶硅塑性模式和脆性模式切削过程消耗切削能量的组成部分分别进行理论分析并建立数学模型,然后使用MATLAB?分别绘制塑性模式和脆性模式消耗比切削能关于切削深度的函数曲线,最终联立分析两条比切削能随切削深度的变化曲线,得到单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度预测值。针对单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型的验证,分别设计了两组单晶硅普通沟槽切削实验和一维振动沟槽切削实验。通过白光干涉仪观测和测量沟槽切削后的单晶硅工件,得到单晶硅脆塑转变临界切削深度的测量值,并与脆塑转变临界切削深度能量预测模型的预测值对比。结果表明,预测结果与实验结果比较吻合,理论模型能够很好地模拟实验结果的变化趋势,预测误差小于10%。综上所述,单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型是一个能有效预测单晶硅脆塑转变临界切削深度的数值模型。该模型能在单晶硅一维振动高效加工中起到指导作用,并能推广到其他硬脆材料的脆塑转变临界切削深度预测中。

关键词：单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度比切削能预测模型沟槽切削实验

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单晶硅微激光辅助超精密切削脆塑转变过程数值仿真与实验研究

单晶硅微激光辅助超精密切削脆塑转变过程数值仿真与实验研究

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作者：何文彬华中科技大学

学位级别：硕士

单晶硅材料作为一种性能优异的晶体材料,广泛应用于高端精密芯片与航天光学元件的制造,但其硬度高、脆性大,传统机加工方式无法满足高精度低损伤的加工需求。近年来出现的微激光辅助超精密加工技术可实现单晶硅的塑性加工,为解决单晶硅... 详细信息

单晶硅材料作为一种性能优异的晶体材料,广泛应用于高端精密芯片与航天光学元件的制造,但其硬度高、脆性大,传统机加工方式无法满足高精度低损伤的加工需求。近年来出现的微激光辅助超精密加工技术可实现单晶硅的塑性加工,为解决单晶硅元件高效率、高精度加工的制造难题提供了新的方案。该技术的核心是实现脆性单晶硅材料的塑性切削,但已有研究对微激光辅助加工过程中的单晶硅脆塑转变过程的探索尚不充分,激光辅助参数与刀具几何形状在其中所起到的作用亦不明确。本文基于数值模拟技术与实验观测,以探索单晶硅微激光辅助超精密切削脆塑转变过程为目标,研究了刀具几何形貌与激光辅助参数的影响,建立了脆塑转变深度的预测模型,为加工过程的参数优化提供了理论指导。主要研究内容如下:首先,采用有限元方法（FEM）建立了单晶硅微激光辅助超精密切削温度场模型,获得了激光功率与切削区域温度的对应关系。开展烧蚀实验修正模型,控制误差在10%以内,较好地反映了实际温度场分布。第二,利用光滑粒子动力学方法（SPH）与耦合欧拉-拉格朗日方法（CEL）对单晶硅微激光辅助超精密切削过程进行仿真研究,分析了单晶硅脆塑转变过程,探讨了激光辅助参数与刀具几何形状的影响。进一步,通过选择合适的激光辅助参数与刀具几何结构,使切削力降低50%以上,脆塑转变深度提高300%以上。第三,开展微激光辅助超精密切削实验验证了微激光辅助技术对单晶硅塑性响应的增强作用。同时,基于反向传播神经网络（BP）对脆塑转变深度实验值与仿真预测值进行数值比较。SPH方法预测值误差在5.9%内,证明了SPH模型的适用性。最后,采用多种群遗传算法（MPGA）与无参数调整天牛须算法（BAS-WPT）优化BP神经网络,对比了两种优化算法的性能,并基于最优算法结果建立了脆塑转变深度预测模型,分析了激光辅助参数与刀具几何形状对脆塑转变深度的影响规律,为实现快速有效的参数选择优化提供了参考。

关键词：微激光辅助加工单晶硅脆塑转变切削模型温度场研究

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单晶硅脆塑转变临界厚度的原位实验

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工程科学学报 2019年第3期41卷 343-349页

作者：刘冰徐宗伟李蕊何忠杜天津商业大学机械工程学院天津300134 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

为提高单晶硅纳米切削表面质量的同时,不影响加工效率,以扫描电子显微镜高分辨在线观测技术为手段,在真空环境下开展了单晶硅原位纳米切削实验研究.首先,利用聚焦离子束对单晶硅材料进行样品制备,并对金刚石刀具进行纳米级刃口的可控修... 详细信息

为提高单晶硅纳米切削表面质量的同时,不影响加工效率,以扫描电子显微镜高分辨在线观测技术为手段,在真空环境下开展了单晶硅原位纳米切削实验研究.首先,利用聚焦离子束对单晶硅材料进行样品制备,并对金刚石刀具进行纳米级刃口的可控修锐.然后,利用扫描电子显微镜实时观察裂纹的萌生与扩展,分析了单晶硅纳米切削脆性去除行为.最后,分别采用刃口半径为40、50和60 nm的金刚石刀具研究了晶体取向和刃口半径对单晶硅脆塑转变临界厚度的影响.实验结果表明:在所研究的晶体取向范围内,在(111)晶面上沿[111]晶向进行切削时,单晶硅最容易以塑性模式被去除,脆塑转变临界厚度约为80 nm.此外,刀具刃口半径越小,单晶硅在纳米切削过程中越容易发生脆性断裂,当刀具刃口半径为40 nm时,脆塑转变临界厚度约为40 nm.然而刀具刃口半径减小的同时,已加工表面质量有所提高,即刀具越锋利越容易获得表面质量高的塑性表面.

关键词：单晶硅脆塑转变在线观测晶体取向刃口半径

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单晶锗脆塑转变纳米划痕实验研究

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有色金属工程 2019年第6期9卷 12-16页

作者：杨晓京刘浩赵彪余证昆明理工大学机电工程学院

为控制单晶锗脆塑转变临界状态,基于公式对单晶锗脆塑转变时的临界载荷进行了预测,采用纳米压痕仪对单晶锗(110)晶面进行了变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析得到单晶锗(110)晶面发生脆塑转变时的临界状态,并借助原子力显... 详细信息

为控制单晶锗脆塑转变临界状态,基于公式对单晶锗脆塑转变时的临界载荷进行了预测,采用纳米压痕仪对单晶锗(110)晶面进行了变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析得到单晶锗(110)晶面发生脆塑转变时的临界状态,并借助原子力显微镜(AFM)对实验表面进行扫描表征。结果表明,单晶锗(110)晶面在变载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为41.4mN、623nm;单晶锗(110)晶面在恒定载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为30~50mN、500~900nm,验证了变载荷纳米划痕实验结果的正确性。根据变载荷纳米划痕实验结果修正了单晶锗(110)晶面在固定实验参数下发生脆塑转变临界深度理论计算公式,为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供数据支持。

关键词：单晶锗脆塑转变临界深度临界载荷变载荷纳米划痕实验恒定载荷纳米划痕实验

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基于纳米划痕的单晶锗脆塑转变实验研究

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稀有金属材料与工程 2018年第10期47卷 3228-3232页

作者：杨晓京赵彪罗良昆明理工大学云南昆明650500

为了考察单晶锗的脆塑转变,利用纳米压痕仪分别对单晶锗(100)、(110)和(111)晶面进行纳米划痕实验,并利用原子力显微镜和扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察。通过对划痕深度-距离曲线及划痕形貌进行分析,获取各晶面脆塑转变临界载荷和... 详细信息

为了考察单晶锗的脆塑转变,利用纳米压痕仪分别对单晶锗(100)、(110)和(111)晶面进行纳米划痕实验,并利用原子力显微镜和扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察。通过对划痕深度-距离曲线及划痕形貌进行分析,获取各晶面脆塑转变临界载荷和临界深度。结果表明,单晶锗具有强烈的各向异性,(100)、(110)和(111)晶面脆塑转变临界载荷分别为37.6、30.5和32.4mN,临界深度分别为594.7、512.5和536.6nm。(100)晶面因其具有最小硬度、最深脆塑转变深度,在划痕过程中塑性去除最多,脆塑转变最晚,而且随着划痕速度的增加,脆塑转变临界深度和临界载荷也相应增加。最后恒定载荷划痕实验验证了脆塑转变临界载荷和临界深度的正确性。

关键词：单晶锗各向异性划痕实验脆塑转变临界深度

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KDP晶体脆塑转变切削过程有限元仿真与实验研究

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人工晶体学报 2018年第8期47卷 1512-1516,1534页

作者：曹巧双余德平徐继业张敏黄玮海四川大学制造科学与工程学院成都610065

利用ABAQUS软件建立KDP晶体超精密切削三维模型,并基于内聚力模型来模拟KDP晶体脆性域切削过程中裂纹的成核与扩展,对KDP晶体脆塑转变过程做出合理解释,得到其临界切削厚度。结果表明,超精密切削过程中KDP晶体材料的去除分为弹性变形、... 详细信息

利用ABAQUS软件建立KDP晶体超精密切削三维模型,并基于内聚力模型来模拟KDP晶体脆性域切削过程中裂纹的成核与扩展,对KDP晶体脆塑转变过程做出合理解释,得到其临界切削厚度。结果表明,超精密切削过程中KDP晶体材料的去除分为弹性变形、塑性去除和脆性断裂三个阶段,其脆塑转变临界切削厚度为140 nm左右。最后利用超精密机床对KDP晶体进行切削实验,实验观测得到的临界切削厚度与仿真结果值的相对误差不超过10%,验证了仿真方法的有效性及仿真模型的准确性。

关键词： KDP晶体内聚力模型脆塑转变临界切削厚度裂纹扩展

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单晶硅磨削表面脆塑转变表征方法

引用

机电工程技术 2019年第10期48卷 69-73页

作者：葛琦周平赵林杰王紫光精密与特种加工技术教育部重点实验室大连理工大学

为了对单晶硅磨削表面脆塑转变特征进行有效的表征,研究了单晶硅脆塑性磨削模式下的表面形貌。首先,基于工件旋转法磨削原理,对单晶硅进行了磨削试验。然后,利用三维形貌轮廓仪和扫描电子显微镜对不同磨削速度下的单晶硅表面形貌进行了... 详细信息

为了对单晶硅磨削表面脆塑转变特征进行有效的表征,研究了单晶硅脆塑性磨削模式下的表面形貌。首先,基于工件旋转法磨削原理,对单晶硅进行了磨削试验。然后,利用三维形貌轮廓仪和扫描电子显微镜对不同磨削速度下的单晶硅表面形貌进行了测量和分析。最后,利用表面脆性破碎面积百分比Sbf、表面破碎率Sc、分形维数DL、表面纹理纵横比Str等参数对单晶硅磨削表面脆塑转变特征进行了研究。通过不同表征方法的对比分析,得出了基于参数Str的单晶硅磨削表面脆塑转变特征的有效表征方法。

关键词：单晶硅工件旋转磨削脆塑转变表面粗糙度

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