锗单晶的各向异性对单点金刚石切削的影响

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各项异性对单晶蓝宝石精密研磨的作用规律

前言
超精密研磨加工应用于蓝宝石晶圆必须同时实现两个目标：一是追求降低表面糙度，保证厚度公差和形状精度的要求；二是以实现ＬＤＥ衬底功能为目标，解决高精度匹配的表面粗糙度和极小的变质层问题。国内在批量加工蓝宝石衬底片的过程中，破裂及塌边比例较高，约占总数的６％。为了改善这种状态，有必要对蓝宝石衬底的精密研磨加工进行深入研究和分析。本文拟用纳米压痕技术模拟蓝宝石在研磨过程中纳米尺度下的机械性质，以及其他研磨条件对研磨质量的影响的实验研究，探索蓝宝石低损伤研磨的工艺条件。
科技信息
高校理科研究
各Ｉ异性对单晶蓝宝石精蜜研磨的作用规律页
浙￣＿３大学ｘｙｋ－－，沈锋
［摘要］沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。向异性作为晶体的一个重要特性具有相当重要的研究价值。本文依据现代工业对蓝宝石晶圆的加工要求，各系统对单晶蓝宝石４个面同时开展了单面机械研磨的试验研究，综合各工艺参数对研磨质量的影响，系统分析各向异性对研磨的影响。［关键词］单晶蓝宝石各向异性精密研磨材料去除率表面粗糙度
１实验方法及步骤．
表面粗糙度的决定因素取决于磨料粒度，研磨液浓度的变化对表面粗糙度影响很小。表ｌ浓度变化对应的表面粗糙度（单位：ｍ）ｎ
５％ＡＣＭＲ１６ｌ３１２．８４１１７７０．４１４．１９７ｌ％０ｌ９５１．４２．８６９ｌ６７ｏ．６１９０１．６１％５ｌ７＿０１２２９３．５ｌ８５０．５１８４２．４２％Ｏ１０．ｌ５１２３６６ｌ２．６ｌ９１４．３８１２％５９．９３Ｏ２１６．１ｌ２Ｏｌ０．１．３４３８３Ｏ％１４８０．０８．４５１ｌ７Ｏ１．８ｌ．２４１０

用STX-1203金刚石线切割机切割锗单晶

用STX-1203金刚石线切割机切割锗单晶实验材料：Φ290×155mm锗单晶，锗单晶硬度较低，材料较脆图1实验目的：使用金刚石线切割机将锗单晶按纵向切取一个切割207×157×17mm的长方体，观察切割面边缘崩边情况，并观察切割面的平面度情况。

实验设备：STX-1203金刚石线切割机、MTI-3040加热平台实验所用的设备的特点：STX-1203金刚石线切割机：STX-1203全自动金刚石线切割机适用于切割不同硬度的材料，如陶瓷、晶体、玻璃、金属、岩石、热电材料、红外光学材料、复合材料以及生物医学材料等。

该自动连续性切割机切割精度在±10μm的范围内，主要用于切割尺寸在12"以下的材料，可以满足绝大多数材料的切割。

设备采用单根线循环往复的运动模式，可使用的线的长度≤150m，不但使用寿命长，而且大大提高了切割效率。

张紧轮采用气动张紧的模式，来保护切割线不会因张紧力过大而断裂。

工作台可进行360˚旋转调整，当搭配摇摆机构或旋转摇摆机构时可以切割硬度较大或表面要求较高的大试样。

MTI-3040加热平台：MTI-3040加热平台采用铝材质整体铸造，结构简单操作方便，升温速度快，控温精准，温度可调，使用后散热速度快。

该加热平台主要适用不受加热影响的材料，尤为适用于对温度敏感材料（如晶体、半导体、陶瓷、金属等材料）的加热。

也可用于实验室做化学分析、物理测定、热处理时进行物品的烘焙、干燥以及其它温度试验加热。

实验耗材：石蜡棒、树脂陶瓷切割衬垫、金刚石线图4实验所用耗材图实验过程：试样固定：首先将试样和树脂陶瓷切割衬垫一同放到MTI-3040加热平台进行加热，待树脂陶瓷切割衬垫的温度达到石蜡融化温度（80-120℃）后将石蜡涂在树脂陶瓷切割衬垫将要与样品相连接的位置，样品的放置顺序如图5（1）所示，最上面是样品，中间是石蜡层，最下面是树脂陶瓷切割衬垫；然后将试样放置到切割衬垫上涂石蜡的位置，固定在树脂陶瓷切割衬垫上的试样的示意图如图5（1）所示；最后将二者一同从加热平台上挪下进行冷却，待二者冷却后一同放置到切割机固定样品的载样台上准备对试样进行切割，固定在切割机上的试样如图5（2）所示。

影响单点金刚石切削表面质量的因素

新技术新工艺
２０１４年
第１期
影响单点金刚石切削表面质量的因素
王昊
（昆理工大学机电工程学院，云南昆明６５０５００）
摘要：单点金刚石切削（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ，简称ＳＰＤＴ）是一种使／，１纳米金刚石刀具进
头和扫描反射镜。虽然单点金刚石切削满足了很多高精密零件的制造需求，但目前所了解的影响因素和
表面生成的机制仍不完善，在生产中有很多因素会影响到单点金刚石的表面质量和面形精度，如主轴转
速、进给速度和切削深度等，本文对此进行了分析。
ｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐａｒｔｓｓｕｃｈａｓｓｃａｎｎｅｒｍｉｒｒｏｒｓａｎｄｍｏｕｌｄｉｎｓｅｒｔｓｆｏｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｕｌｄｐｌａｓｔｉｃｃａｍｅｒａｌｅｎｓｅｓ．
ＷＡＮＧＨａｏ
（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｇｌｅ～ｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ（ＳＰＤＴ）ｉｓａｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｔｈａｔｍａｋｉｎｇｕｓｅｏｆａｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｄｉａｍｏｎｄｔｏｏｌ

《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》范文

《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》篇一一、引言随着科技的发展，单晶硅作为现代电子器件的重要材料，其加工精度和表面质量的要求日益提高。

单晶硅的各向异性特性使得其切削过程具有复杂性和特殊性，因此，对单晶硅的切削仿真与实验研究显得尤为重要。

本文旨在通过仿真与实验相结合的方法，研究单晶硅各向异性的超精密切削过程，以期为实际生产提供理论依据和指导。

二、单晶硅的特性和切削过程分析单晶硅作为一种硬脆性材料，具有较高的硬度和较低的断裂韧性。

在切削过程中，单晶硅表现出显著的各向异性特点，不同方向的切削性能差异较大。

同时，超精密切削对刀具、工艺和设备等都有较高要求。

因此，深入研究单晶硅的各向异性超精密切削过程，对于提高切削效率和加工质量具有重要意义。

三、仿真研究（一）仿真模型建立本文采用有限元法建立单晶硅切削过程的仿真模型。

首先，根据单晶硅的物理性质和力学性能，设置材料参数。

其次，建立刀具与工件的相对运动模型，以及切削过程中的热力耦合模型。

最后，通过仿真软件对模型进行求解，得到切削过程中的应力、应变和温度等参数。

（二）仿真结果分析通过仿真研究，我们发现在单晶硅的切削过程中，不同方向的切削力、切削温度和表面形貌等均存在显著差异。

此外，切削速度、进给量和切削深度等工艺参数对切削过程的影响也较为明显。

这些结果为后续的实验研究提供了重要依据。

四、实验研究（一）实验设备与材料实验采用单晶硅材料，通过精密加工设备进行切削实验。

同时，我们还采用高速摄像机、表面轮廓仪等设备对切削过程中的表面形貌、切削力等进行实时监测和记录。

（二）实验方案与步骤根据仿真结果，我们设计了不同的切削工艺参数进行实验研究。

实验过程中，我们首先进行预处理，包括工件夹持、刀具准备等。

然后进行正式的切削实验，并记录相关数据。

最后对实验结果进行分析和比较。

（三）实验结果与讨论通过实验研究，我们得到了不同工艺参数下单晶硅的切削力、切削温度和表面形貌等数据。

影响单点金刚石超精密车削加工精度因素的研究

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．２，２０１３
影响单点金刚石超精密车削加工精度因素的研究
权艳红
（云南广播电视大学光电工程学院，云南昆明６５０５００）
单点金刚石车削（ｓＰＤＴ）加工技术是获得纳米级
表面粗糙度及形状精度的加工技术，其是用超精密
在实际超精密切削塑性材料时，主切削刃和前刀面的主要任务是去除材料，切削层在前刀面的挤压作用下发生剪切滑移和塑性变形，然后形成切屑沿前刀面流出，如图１（ｂ）所示。前刀面的形状直接影响塑性变形的程度、切屑的卷曲形式和切屑刀具之问的摩擦特性，并直接对切削力、切削温度、切屑的折断方式和加工表面品质形成显著影响。主切削刃是前刀面和后刀面的交线，实际上前刀面和后刀面的交线不可能为理想直线，而是一微观交接的曲线。该曲线的形状可以近似用与其在不同位置的法平面相交成交线的平均曲率半径来反映，称其为刃口半径ｐ。刃口半径越小，应力越集中，变形越容易，切削力越小，加工表面品质越好。目前计算机仿真技术与求解方法，已经被广泛应用于科学研究的各个领域，此方法减少了物理实验的成本，加速了实验的过程。近年来，有限元仿真１单点金刚石超精密车削原理方法也被广泛的应用于加工过程的仿真中，作为一种预测切削力与工件表面品质的工具，如图２是使单点金刚石车削加工技术是超精密加工中常用用ＭＳＣ．Ｍａｒｃ进行单点金刚石车削原理的仿真，图３的技术。由于金刚石的硬度高，耐磨性强，导热性优则是通过三维仿真的切削力变化情况。越，因此，金刚石刀具的刃口可以非常锋利（刃口半径可以小于０．０５ｍ甚至更小）。在理想状态下，采用圆２影响加工精度的因素分析弧刃单点金刚石刀具进行超精密车削加工时，在工件．１单点金刚石机床设备加工表面形成轮廓峰和轮廓谷，它们之 ■

工艺参数对单晶锗微细切削温度的影响

工艺参数对单晶锗微细切削温度的影响1 引言单晶锗是一种非常重要的红外光学硬脆材料，在国防军工、航空航天、光学元器件以及民用领域有着广泛的应用。

在单晶锗的切削过程中，产生的切削热对加工误差、切屑形成、刀具使用寿命以及加工表面完整性均有较大影响。

因此，研究单晶锗在切削过程中的切削温度及分布规律对加工出高质量表面的单晶锗具有重要意义。

微细切削技术作为一种新兴的前沿技术，在微电子、微机电系统、光学透镜等领域有广泛的应用。

在微细切削过程中，切削温度对单晶锗的表面加工质量和加工精度、刀具使用寿命均有重要影响。

Moriwaki T.等研究了切削温度对铜零件表面加工精度的影响，发现即使产生的切削热很少，同样会导致刀具发热膨胀，进而使零件的表面加工精度降低。

赵宁采用有限元仿真分析方法研究了切削参数对切削温度的影响，认为可以通过采用低温切削技术来降低切削温度，从而提高表面加工质量和加工效率。

通过试验研究切削参数、刀具参数以及材料导热性能等因素对切削温度的影响，需要花费大量的时间和金钱，因此，有限元建模与仿真分析成为许多学者的理想选择。

但金属切削加工的有限元分析是一个复杂的热力耦合分析过程，在求解传热方程的过程中时常会出现模型定义误差等问题，同时由于在有限元仿真分析过程中使用了自适应网格划分技术，会导致在切削仿真过程中网格变形严重，使微细切削温度的仿真分析存在较大的难度。

本文采用有限元仿真分析方法对单晶锗的微细切削温度进行定量研究，分析切削参数和刀具参数对单晶锗微细切削温度的影响规律。

2 仿真模型建立和仿真方案为了更加逼真地模拟微细切削的实际加工情况，有限元仿真选择的尺度较小，切削深度仅为微米级。

由于刀-件接触的区域具有较大的切削温度梯度变化，而在远离该区域处切削温度变化不大，为了提高计算效率并降低计算量，只需选择刀尖部分以及切削部分圆弧进行仿真建模。

图1为仿真模型，图2为刀具角度。

图1 有限元仿真模型图2 刀具角度2.1 材料模型和摩擦模型在仿真分析中，首先要建立材料本构模型，分析材料的应力和应变关系。

单晶锗各向异性力学性能实验

HENANKEJI·CHUANGXINQUDONG 2016.11单晶锗各向异性力学性能实验周航（长春理工大学，吉林长春130000）摘要：单晶锗作为一种重要的半导体材料，在我国机电系统发展以及电路系统的优化升级中扮演着关键性的角色。

为了充分发挥单晶锗在推动半导体产业发展，满足社会经济发展需求方面的作用，需要相关科技工作者对单晶锗（100）（110）（111）的各向异性力学性能进行全面的试验探究，对其实用性与加工性进行分析，促进单晶锗在实践中的有序使用。

基于此，以纳米压痕实验为主要试验手段，对单晶锗（100）（110）（111）在试验过程中所表现出来的硬度及弹性模量等进行记录，以期为其力学性在实践中的应用提供理论参考。

关键词：单晶锗；各向异性；纳米压痕实验；力学性能中图分类号：TN304.11文献标识码：A文章编号：1003-5168（2016）11-0127-03Experiment of Anisotropic Mechanical Properties of Single Crystal GermaniumZhou Hang（Changchun University of Science and Technology ，Changchun Jilin 130000）Abstract:Single crystal germanium,as an important semiconductor material,plays a key role in the optimization and upgrading of China's electromechanical system development as well as the circuit of the system.In order to give full play to the role of single crystal germanium in promoting the development of semiconductor industry and meeting the needs of social and economic development,the related scientific and technical workers need to carry out a compre⁃hensive experimental study on the anisotropic mechanical properties of single crystal germanium (100),(110),(111),analyzed the practicality and the processing to promote the orderly use of single crystal germanium in practice.Based on this,taking nano indentation experiment as the experimental means,the hardness and elastic modulus of singlecrystal germanium (100),(110),(111)shown in the test was recorded,to provide a theoretical reference for the appli⁃cation of its mechanical properties in practice.Keywords:single crystal germanium ；anisotropy ；nano indentation experiment ；mechanical property 随着科技的不断进步，人们对材料的研发与应用能力不断增强，新的材料不断涌现，并被应用于实际生产与生活中。

探讨单点金刚石切削技术在微结构加工中的应用

探讨单点金刚石切削技术在微结构加工中的应用吕江龙2111406002摘要：单点金刚石切削（single point diamond turning，简称SPDT）是一种使用纳米金刚石刀具进行加工的生产过程。

而纳米单晶金刚石刀具具有刃口锋利、可反复成形和耐磨性高等特点。

该方法能够使微米至亚微米级制造组件的形状精度和表面粗糙度控制在纳米级的范围内。

单点金刚石切削优异的表面成形质量和面形精度，使该技术被广泛地应用于制造各种精密机械和光学部件。

目前，微结构自由曲面的加工已达到微纳切削。

通过典型微结构自由曲面的加工及测量的应用进行举例说明；介绍我国在超精密加工机床领域内的研制情况，展望超精密切削技术未来发展趋势。

关键词：单点金刚石切削微结构自由曲面超精密加工Abstract: Single-point diamond turning (SPDT) is a machining process that making use of a monocrystal diamond tool which possesses nanometric edge sharpness, forming reproducibility and wearing resistance. The process is capable of producing components with micrometer to submicrometre form accuracy and surface roughness in the nanometre range. The superior surface finish and form accuracy of SPDF allow the technology to be adopted widely for the manufacture of a variety of precision mechanical and optical parts. At present, the microstructure of freeform surface machining has reached micro-nano cutting. Case studies on the fabrication and characterization of typical microstructured freeform surface is presented. The development of ultra-precision machining equipment in China and the future trends in the machining and measurement of microstructured freeform surfaces are discussed. Key words: Single-point diamond turning Microstructured freeform surface Ultra-precision maching前言超精密机床在加工具有亚微米形状精度、纳米表面粗糙度的精准表面过程中起着至关作用。

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ｍ波段红外透镜的制作，在国防和航天领域具有举足轻重的地位＿１］。锗单晶的球面或平面镜片可以利用研磨和抛光等手段进行加工，随着科学技术的发展，对非球面透镜的需求不断增加，很难再利用传统加工手段进行加工。单点金刚石切削作为一种既可以保证表面质量，又能满足复杂曲面加工的新型加工方式，得到了广泛应用ｌ＿２；但在切削过程中，由于切削力的波动范围经常会在已加工表面形成规律
的明暗相间的区域，从而严重影响了加工镜片的表面质量，降低了成像质量。本文从研究锗单晶的各
向异性出发，计算了切削力的波动范围，指出了最佳
的切削方向。
图１切削层受力分析
各力之间的关系式如下：
新技术新工艺
２０１４年
第２期
锗单晶的各向异性对单点金刚石切削的影响
夏晓光，张宇
（昆明理工大学ＣＩＭＳ应用研究中心，云南昆明６５００９３）
摘要：锗单晶是一种各向异性材料，在切削的过程中，将使切削力随晶向和晶面发生变化。针对锗单晶各向异性对切削力的影响，在理论上计算出了切削力随不同晶面和晶向变化的波动范围，并且指出
了最佳的切削方向。
关键词：锗单晶；各向异性；切削力中图分类号：ＴＨ１６；ＴＨ１４２文献标志码：Ａ
ＸＩＡＸｉａｏｇｕａｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕ
ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＧｅｒｍａｎｉｕｍＳｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌＡｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎＳＰＤＴ
—
１锗单晶单点金刚石切削加工剪切角模型建立
锗单晶在切削过程中，材料发生剪切破坏，沿剪
Ｆ，一
！
ｃｏｓ（￣＋ｆｌ－７０１
Ｆ一ＦＣＯＳ（口一ｙ０）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切面产生滑移。类比米塞斯屈服条件，在锗单晶切
锗单晶是一种重要的红外材料，可用于８～１２
力和正压力；Ｆ。和Ｆ分别为剪切面的剪力和内力与剪切面的垂直分量；径向力Ｆ。和水平力Ｆ为Ｆ的垂直和水平分量；为剪切角；口为摩擦角；），。为刀具前角。
削过程中，塑性变形的剪切面为剪切变形比能取极大值的面Ｉ３］。与各向同性的金属材料不同，锗单晶的各向异性会引起剪切角的变化，进而影响刀具所受到的力；因此，应首先建立剪切角模型。
（ＣＩＭＳＡｐｐｌｉｅｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｒｍａｎｉｕｍｓｉｎｇｌｅ — ｃｒｙｓｔａｌｉｓａｎａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍａｔｅｒｉａ１．Ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｃｒｙｓｔａｌｐｌａｎｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｕｒｎｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｅｒｍａｎｉｕｍｓｉｎｇｌｅ — ｃｒｙｓｔａｌａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｃｒｙｓｔａｌｐｌａｎｅ
ａｎｄｂｅｓｔｃｕｔｔｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅｒｍａｎｉｕｍｓｉｎｇｌｅ — ｃｒｙｓｔａｌ，ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ