聚焦离子束加工单晶金刚石的亚表层损伤研究 被引量：2

1

作者 鹿玲 靳田野 陈俊云 《燕山大学学报》 CAS 北大核心 2015年第5期420-424,463,共6页

为保证聚焦离子束(FIB)制造微细零部件或微刀具等的加工表面使用性能和使用寿命,研究了使用FIB技术加工单晶金刚石超硬材料的亚表层损伤。从粒子碰撞和能量交换两种角度分析了FIB加工亚表层损伤的形成原理,利用SRIM软件模拟了FIB加工单... 为保证聚焦离子束(FIB)制造微细零部件或微刀具等的加工表面使用性能和使用寿命,研究了使用FIB技术加工单晶金刚石超硬材料的亚表层损伤。从粒子碰撞和能量交换两种角度分析了FIB加工亚表层损伤的形成原理,利用SRIM软件模拟了FIB加工单晶金刚石的离子轰击过程,确定了FIB亚表层损伤区域横截面半径,以及亚表层损伤深度。研究表明,理论上FIB加工金刚石靶材,其亚表层损伤截面半径不超过微米级零部件特征尺寸的2%,损伤深度不超过1%。 展开更多

关键词 FIB 亚表层损伤 金刚石 SRIM

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单晶硅高速磨削亚表层损伤机制的分子动力学仿真研究 被引量：12

2

作者 朱宝义 吕明 +1 位作者 梁国星 黄永贵 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期845-853,共9页

运用分子动力学仿真模拟高速磨削下单颗金刚石磨粒切削单晶硅的过程,通过分析切屑、相变、位错运动并结合工件表面积的演变规律研究磨削速度对亚表层损伤和磨削表面完整性的影响.仿真结果显示:磨削速度的增大会加剧磨粒前端材料的堆积,... 运用分子动力学仿真模拟高速磨削下单颗金刚石磨粒切削单晶硅的过程,通过分析切屑、相变、位错运动并结合工件表面积的演变规律研究磨削速度对亚表层损伤和磨削表面完整性的影响.仿真结果显示:磨削速度的增大会加剧磨粒前端材料的堆积,超过200 m/s后增加不再明显.而加工区域的平均温度通过原子之间的挤压和摩擦会不断增大.在磨削温度、磨削力以及粘附效应的相互作用下,摩擦系数先增大后减小.晶格的变形、晶格重构和非晶相变导致切屑形成过程中的磨削力剧烈波动.研究结果表明:在加工脆性材料单晶硅过程中,随着磨削速度的升高亚表层损伤厚度先减小后增大.当磨削速度低于150 m/s时,随着磨削速度的升高,磨粒下方的原子晶格重新排列的时间缩短,非晶结构的产生减少,亚表层损伤厚度减小.当磨削速度超过150 m/s时,加工区域中的高温成为主导因素促进位错的成核、运动致使亚表层损伤厚度增大. 展开更多

关键词 单晶硅 高速磨削 亚表层损伤 分子动力学

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基于WLI原理K9基片的亚表层损伤检测 被引量：3

3

作者 庞云霞 杭凌侠 +1 位作者 陈智利 马保吉 《应用光学》 CAS CSCD 2007年第6期773-777,共5页

在现代激光技术的应用发展中,光学元件在其制造过程中形成的亚表层损伤是导致激光损伤的主要根源之一。光学元件亚表层的检测方法已成为光学加工领域的一个新的热点问题。利用非接触式白光干涉原理对K 9基片进行亚表层损伤检测,获得基... 在现代激光技术的应用发展中,光学元件在其制造过程中形成的亚表层损伤是导致激光损伤的主要根源之一。光学元件亚表层的检测方法已成为光学加工领域的一个新的热点问题。利用非接触式白光干涉原理对K 9基片进行亚表层损伤检测,获得基片表面至亚表面200μm深的三维立体图和纵向截切图,并精确地确定其亚表层损伤深度,以及在不同深度范围内的损伤密度。该方法与现阶段国内常用的亚表层损伤检测方法相比,具有非破坏性、纵向检测结果精确、检测过程简单快捷等特点。 展开更多

关键词 K9基片 亚表层损伤 非破坏性检测 白光干涉原理

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纳米多晶铜单点金刚石切削亚表层损伤机理 被引量：3

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作者 王全龙 张超锋 +1 位作者 武美萍 陈家轩 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期2790-2797,2808,共9页

基于Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法构建了多晶铜分子动力学模型,研究了纳米切削中多晶铜材料去除、切削力变化及晶界与位错间的相互转化机制。研究结果表明:晶界的阻碍作用使得切屑流向发生了改变,并在已加工表面形成凹槽和毛刺;切... 基于Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法构建了多晶铜分子动力学模型,研究了纳米切削中多晶铜材料去除、切削力变化及晶界与位错间的相互转化机制。研究结果表明:晶界的阻碍作用使得切屑流向发生了改变,并在已加工表面形成凹槽和毛刺;切削过程中晶界前方材料变形能的逐渐积聚及晶界的最终断裂,造成了切削力发生由最大峰值到最小谷值的大幅波动;晶界附近的材料去除经历了材料变形积聚、位错穿越晶界、晶界转变为位错及晶界最终断裂等过程。通过详细分析多晶铜纳米切削中位错与晶界间的演化过程,揭示了晶界与位错间的相互转化机制,丰富了多晶铜亚表层损伤机理的内涵。 展开更多

关键词 多晶铜 纳米切削 晶界 亚表层损伤 位错缺陷演化

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基于概率统计的BK7玻璃磨削亚表层损伤深度在线预测技术 被引量：4

5

作者 吕东喜 陈明达 +2 位作者 姚友强 赵岳 祝颖丹 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期102-109,共8页

为了在线预测硬脆材料磨削加工引起的亚表面损伤深度,本文利用概率统计法对磨粒高度进行分析,建立了刀具切削力与亚表层裂纹扩展深度之间的理论关系模型。首先,基于硬脆材料的压痕断裂力学理论,分析了中位裂纹扩展长度与磨粒压痕深度之... 为了在线预测硬脆材料磨削加工引起的亚表面损伤深度,本文利用概率统计法对磨粒高度进行分析,建立了刀具切削力与亚表层裂纹扩展深度之间的理论关系模型。首先,基于硬脆材料的压痕断裂力学理论,分析了中位裂纹扩展长度与磨粒压痕深度之间的内在关联。随后,对刀具端面边缘的磨粒数目进行了数理统计,建立了刀具切削力与单个磨粒切削深度之间的理论关系。在此基础上,提出了工件亚表层损伤深度的在线预测模型SSDmax=1.284×SSDmax theo-36.23,并结合BK7玻璃的实际磨削实验验证了其正确性。通过对比实验结果与理论模型的预测结果发现,该方法可以在线、准确地预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度。 展开更多

关键词 亚表层损伤深度 中位裂纹 在线预测 概率统计 BK7玻璃

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雾化施液CMP抛光硅片的亚表层损伤研究 被引量：1

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作者 壮筱凯 李庆忠 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2291-2297,共7页

雾化施液CMP抛光后的硅片依然存在亚表层损伤,会严重影响硅片的使用性能。首先利用化学腐蚀法和光学显微镜分别观测了亚表层的微裂纹以及不同部位的位错蚀坑形貌和位错密度。然后利用显微共聚焦拉曼光谱仪分析了抛光前后硅片表面残余应... 雾化施液CMP抛光后的硅片依然存在亚表层损伤,会严重影响硅片的使用性能。首先利用化学腐蚀法和光学显微镜分别观测了亚表层的微裂纹以及不同部位的位错蚀坑形貌和位错密度。然后利用显微共聚焦拉曼光谱仪分析了抛光前后硅片表面残余应力的变化行为以及应力的分布情况。最后利用差动蚀刻速率法测取了亚表层的损伤深度并分析了抛光参数对损伤深度的影响规律。研究表明:随着表层到亚表层深度的增加,微裂纹损伤愈加严重,硅片边沿处的位错密度和形貌要明显好于中心区,位错平均密度为1.2×104/cm2;雾化抛光后的硅片表面被引入残余拉应力,应力沿硅片对角线方向呈对称分布;亚表层的损伤深度大约为0.99μm,随着雾化器电压的增大呈递减趋势,而抛光垫转速和抛光压力都存在一个最佳的参数使损伤深度达到最小。 展开更多

关键词 雾化施液 位错 微裂纹 残余应力 亚表层损伤深度

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光学材料磨削的亚表面损伤预测 被引量：13

7

作者 吕东喜 王洪祥 黄燕华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期680-686,共7页

基于压痕断裂力学理论,建立了工件表面粗糙度与亚表层损伤深度的理论关系模型,用于预测磨削加工脆性光学材料引起的亚表层损伤深度。利用磁流变角度抛光技术检测了不同磨削加工工艺条件下亚表层的损伤深度,验证了理论模型的正确性。分... 基于压痕断裂力学理论,建立了工件表面粗糙度与亚表层损伤深度的理论关系模型,用于预测磨削加工脆性光学材料引起的亚表层损伤深度。利用磁流变角度抛光技术检测了不同磨削加工工艺条件下亚表层的损伤深度,验证了理论模型的正确性。分析了加工工艺参数对工件表面粗糙度及亚表层损伤深度的影响规律,提出了提高材料去除率的磨削加工工艺方案。分析结果表明:脆性材料工件的亚表层损伤深度与工件的表面粗糙度呈非线性单调递增关系。工件亚表层损伤深度及工件表面粗糙度均随着切削深度和进给速度的增加而增加,随着主轴转速的增加而减小。对比实验结果与理论模型预测结果表明,提出的模型可以准确、无损伤地的预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度。 展开更多

关键词 脆性材料 磨削 压痕 磁流变抛光 表面粗糙度 亚表层损伤

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单晶铜纳米压印亚表层晶体结构演变机理 被引量：5

8

作者 王全龙 张超锋 +1 位作者 武美萍 陈家轩 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第16期1959-1966,共8页

为研究纳米压印中单晶铜亚表层晶体结构演变机理,采用分子动力学方法构建纳米压印仿真模型并模拟单晶铜纳米压印过程。采用改进的中心对称参数法分析单晶铜试件位错形核过程及缺陷演化机理,发现纳米压印时位错缺陷在压头下方形核并沿{1 ... 为研究纳米压印中单晶铜亚表层晶体结构演变机理,采用分子动力学方法构建纳米压印仿真模型并模拟单晶铜纳米压印过程。采用改进的中心对称参数法分析单晶铜试件位错形核过程及缺陷演化机理,发现纳米压印时位错缺陷在压头下方形核并沿{1 1 1}滑移系向试件内部扩展形成堆垛层错,试件表面有原子台阶残留,试件亚表面损伤层存在V形位错等典型缺陷。针对位错形核区域及位错扩展区域材料晶体结构状态的识别,采用球谐函数法对模拟结果进行分析。由分析结果可知:位错形核区域材料晶体结构由FCC转变为排列更为紧密的HCP和ICO结构;位错扩展区域材料主要转变为DFCC结构。 展开更多

关键词 纳米压印 球谐函数 亚表层损伤 位错形核 晶体结构演变

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超声振动辅助抛光氮化镓分子动力学仿真分析 被引量：1

9

作者 夏广 朱睿 +3 位作者 王子睿 成锋 赵栋 王永光 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第3期986-993,共8页

为了揭示超声振动辅助抛光(ultrasonic vibration-assisted polishing,UVAP)氮化镓(GaN)的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟方法研究了超声振动条件... 为了揭示超声振动辅助抛光(ultrasonic vibration-assisted polishing,UVAP)氮化镓(GaN)的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟方法研究了超声振动条件下单个磨粒在氮化镓(GaN)材料表面的划擦行为,并分析了超声振动周期和幅值对GaN材料去除行为的影响。结果表明,随UVAP振动周期的增大,平均切向力不断减小,平均法向力先增大后减小,损伤层厚度先降低后逐渐趋于平缓。振动周期为40 ps时,去除原子数量为常规抛光的5.6倍,同时损伤层深度仅为15.85。而随着UVAP振幅的增加,平均切向力先减小后增大,平均法向力不断减小,划痕宽度和损伤层深度非线性增大。在振幅为8时,损伤层深度与常规抛光基本保持一致,且去除原子数量相比常规抛光提升了4.6倍。UVAP较常规抛光能够降低平均磨削力,增大划痕宽度,提升去除原子数量,具有优异的抛光效果。UVAP振动周期和振幅的增大均会增加划痕底部的位错类型。此外,位错总长度的大小主要受振幅的影响,而与振动周期基本无关。通过调控UVAP振动周期和振幅分别为40 ps和8,能够保证较好的表面质量和较高的材料去除效率。 展开更多

关键词 分子动力学 氮化镓抛光 超声振动 材料去除 位错 亚表层损伤

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蓝宝石晶体的双面研磨加工 被引量：19

10

作者 文东辉 洪滔 +1 位作者 张克华 鲁聪达 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期2493-2498,共6页

为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工,对蓝宝石晶体的双面研磨加工表面粗糙度、研磨均匀性和亚表面损伤层的深度进行实验研究。采用280#碳化硼磨粒双面研磨(0001)面蓝宝石晶体,考察了研磨时间对材料去除速率、表面粗糙度的作用规... 为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工,对蓝宝石晶体的双面研磨加工表面粗糙度、研磨均匀性和亚表面损伤层的深度进行实验研究。采用280#碳化硼磨粒双面研磨(0001)面蓝宝石晶体,考察了研磨时间对材料去除速率、表面粗糙度的作用规律,根据蓝宝石晶体切割表面状态确定了双面研磨的加工余量;通过WYKO粗糙度仪从微观上分析了蓝宝石晶体表面的研磨均匀性;最后,应用纳米压入测试分析了亚表面损伤层的深度。实验结果表明:蓝宝石晶体经过120 min的双面研磨加工后可以获得Ra为0.523μm,Rt<6.0μm的表面;其深度损伤层约为460 nm,亚表面损伤层<1μm。 展开更多

关键词 蓝宝石晶体 双面研磨 均匀性 亚表层损伤

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光学玻璃的激光微结构化砂轮精密磨削 被引量：8

11

作者 郭兵 赵清亮 +1 位作者 陈冰 于欣 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2659-2666,共8页

为了降低大磨粒金刚石砂轮磨削光学玻璃时的亚表层损伤,利用纳秒脉冲激光对金刚石砂轮进行了表面微结构化加工,并采用该砂轮研究了光学玻璃的精密磨削加工。首先,计算了金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值和激光束腰半径;然后,... 为了降低大磨粒金刚石砂轮磨削光学玻璃时的亚表层损伤,利用纳秒脉冲激光对金刚石砂轮进行了表面微结构化加工,并采用该砂轮研究了光学玻璃的精密磨削加工。首先,计算了金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值和激光束腰半径;然后,分析了纳秒脉冲激光在金刚石磨粒上加工的微结构形貌以及微结构化过程中的热损伤;最后,采用微结构化大磨粒金刚石砂轮进行光学玻璃的磨削实验,并分析了亚表层的损伤情况。实验结果表明:金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值为0.89J/cm,激光束腰半径为17.16μm。在粒度为150μm的大磨粒电镀金刚石砂轮上可以实现结构尺寸为20μm的微结构表面加工。与传统金刚石砂轮相比,微结构化砂轮磨削后的光学玻璃亚表层损伤深度降低了40%,达到了降低光学玻璃磨削亚表层损伤的目的。 展开更多

关键词 光学玻璃 微结构化 金刚石砂轮 纳秒激光 精密磨削 亚表层损伤

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纳米压痕诱导单晶铜弹塑性变形分析与破坏机理研究 被引量：7

12

作者 翁盛槟 陈晶晶 +1 位作者 周建强 林晓亮 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期216-223,252,共9页

目的从微观角度实现对微机电系统中微器件局部接触区域弹塑性演化过程和原子迁移演变规律的探寻。方法运用经典分子动力学法,基于EAM和Morse混合势函数,对硬质金刚石探头与软质金属铜基底展开纳米压痕接触特性研究。结果纳米压痕中位错... 目的从微观角度实现对微机电系统中微器件局部接触区域弹塑性演化过程和原子迁移演变规律的探寻。方法运用经典分子动力学法,基于EAM和Morse混合势函数,对硬质金刚石探头与软质金属铜基底展开纳米压痕接触特性研究。结果纳米压痕中位错环构型生成与演变有规可循,位错环在受载荷影响时,有着4个演变阶段,即位错环萌芽期→生长期→繁衍期→维持期。当载荷达到一定程度时,压痕中铜基质内密排六方结构的HCP容易与附近类似结构发生关联耦合效应,产生刃型位错和形成螺旋式位错结构,随后以脱落方式构成棱柱形位错结构,并向基底底部发射。另外,整个纳米压痕中,铜基质亚表面损伤最为严重,探头与基底接触区域两侧的位错环迁移处应力较集中。结论纳米接触中铜基质内位错环出现与演变过程,是衡量局部接触塑性变形强弱程度的重要依据和非接触区域损伤程度的内在表现。此次研究结果对细观尺度接触变形行为有着深层次认识,也对纳尺度设计出优异摩擦学性能的微结构有着重要借鉴作用。 展开更多

关键词 纳米压痕 弹塑性变形 分子动力学 位错环 亚表层损伤

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基于形性控制的大口径离轴非球面高精度磨削(特邀)

13

作者 孙国燕 吉霞斌 +2 位作者 丁蛟腾 张继弓 成航 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期13-22,共10页

大口径离轴非球面光学元件的应用需求呈大幅增长趋势,如空间/地基大口径望远镜、航空光电和地面跟踪瞄准装置等。同时,日益增大的元件口径和越来越短的加工周期使得高效高精度制造工艺成为大口径离轴非球面光学元件加工的核心问题。精... 大口径离轴非球面光学元件的应用需求呈大幅增长趋势,如空间/地基大口径望远镜、航空光电和地面跟踪瞄准装置等。同时,日益增大的元件口径和越来越短的加工周期使得高效高精度制造工艺成为大口径离轴非球面光学元件加工的核心问题。精密磨削作为大口径离轴非球面元件的材料高效去除工序,磨削面形精度(Peak-Valley,PV)和损伤层深度直接决定了后续的抛光难度与周期。因此,开展了大口径离轴非球面光学镜面的控形控性高精度磨削研究,即提升大口径离轴非球面光学元件的磨削面形精度的同时降低磨削损伤深度,实现二者在数值上的协同逼近。在控形方面,确立了机床结构方面影响低频面形形状与精度的主要影响因素,探究了A轴零位误差、Y轴对中误差、砂轮形状尺寸误差、磨削方法路径和Z轴面形补偿等因素对面形精度的影响规律以实现工艺参数的协同控制与精度优化。在控性方面,获得了磨削损伤深度随磨削参数的变化规律并建立了磨削损伤深度与磨削表面粗糙度的映射关系,提出针对大口径离轴非球面磨削亚表层损伤抑制策略。对640 mm口径离轴非球面镜进行形性控制磨削实验后,面形精度达到3μm,表面粗糙度Ra小于24 nm,Rz小于0.2μm,依照表面粗糙度与亚表面损伤层深度映射关系,亚表面损伤层深度5μm左右,逼近面型精度。经验证后续抛光周期大幅缩短,对大口径光学元件的高效高精度加工具有重要参考价值。 展开更多

关键词 精密磨削 形性精度 面形精度 亚表层损伤 离轴非球面

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