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基于纳米压痕与纳米划痕实验的单晶硅超精密切削特性研究
被引量：
2
1
作者
崔杰
杨晓京
+2 位作者
李云龙
张高
赞
李宗睿
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2023年第9期1651-1659,共9页
为研究单晶硅超精密切削特性,采用纳米压痕仪配合Berkovich金刚石压头对单晶硅<100>晶面进行纳米压痕与纳米划痕实验。纳米压痕实验分别以10、30和50 mN载荷将压头压入单晶硅表面,发现30 mN载荷下载荷-位移曲线产生微小波动,而在5...
为研究单晶硅超精密切削特性,采用纳米压痕仪配合Berkovich金刚石压头对单晶硅<100>晶面进行纳米压痕与纳米划痕实验。纳米压痕实验分别以10、30和50 mN载荷将压头压入单晶硅表面,发现30 mN载荷下载荷-位移曲线产生微小波动,而在50 mN载荷下发生“pop-out”现象,说明材料此时有突然的应力变化并有脆性破坏发生,预测了单晶硅脆塑转变的临界载荷略小于30 mN。开展变载荷纳米划痕实验,用0~100 mN的载荷刻划单晶硅表面,根据载荷-位移曲线观察到单晶硅在变载荷刻划中分为弹塑性去除和脆性去除阶段。弹塑性去除阶段,载荷-位移曲线波动平稳,而脆性去除阶段曲线波动较大,得到单晶硅脆塑转变的临界载荷为27 mN,临界深度为392 nm。通过恒载荷纳米划痕实验,在塑性加工域内分别以5、10和20 mN的恒载荷刻划单晶硅表面,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察恒载荷划痕后的单晶硅表面形貌,分析刻划数据发现切削力和弹性回复率随着载荷的增加而增大,摩擦系数则先增大后减小。因此单晶硅超精密切削加工应选择合理的载荷,并充分考虑弹性回复的影响。
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关键词
单晶硅
超精密切削
纳米压痕
纳米划痕
脆塑转变
切削力
弹性回复率
摩擦系数
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职称材料
单晶锗纳米尺度二次划痕特性
2
作者
张高
赞
杨晓京
+2 位作者
李宗睿
李云龙
崔杰
《有色金属工程》
CAS
北大核心
2023年第11期32-40,共9页
现有的单一划痕法磨削机理研究不能反映多个磨粒随机分布所引起的多次划痕之间的相互作用,为了阐明单晶锗磨削过程中多次划痕相互作用对材料去除机理的影响,采用Cube压头对单晶锗进行了不同刻划力的多次刻痕实验。结合Cube压头的几何形...
现有的单一划痕法磨削机理研究不能反映多个磨粒随机分布所引起的多次划痕之间的相互作用,为了阐明单晶锗磨削过程中多次划痕相互作用对材料去除机理的影响,采用Cube压头对单晶锗进行了不同刻划力的多次刻痕实验。结合Cube压头的几何形状与刻划表面的弹性回复,建立了划痕硬度模型,并对二次刻划中的划痕深度、应力场、弹性回复率、划痕硬度和摩擦特性进行分析,研究第一次刻划时载荷变化对于后续刻划的影响。结果表明:随着第一次刻划载荷的增大,二次刻划时单晶锗的脆塑转变的临界载荷、临界深度、弹性回复率和划痕硬度均在减少,幂函数对于切向力、法向力与刻划深度的拟合准确度降低;最大主应力增加,导致裂纹不断扩展,最终造成材料发生脆性断裂。
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关键词
单晶锗
纳米划痕实验
弹性回复
划痕硬度
磨削力学
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职称材料
题名
基于纳米压痕与纳米划痕实验的单晶硅超精密切削特性研究
被引量：
2
1
作者
崔杰
杨晓京
李云龙
张高
赞
李宗睿
机构
昆明理工大学机电工程学院
出处
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2023年第9期1651-1659,共9页
基金
国家自然科学基金(51765027)。
文摘
为研究单晶硅超精密切削特性,采用纳米压痕仪配合Berkovich金刚石压头对单晶硅<100>晶面进行纳米压痕与纳米划痕实验。纳米压痕实验分别以10、30和50 mN载荷将压头压入单晶硅表面,发现30 mN载荷下载荷-位移曲线产生微小波动,而在50 mN载荷下发生“pop-out”现象,说明材料此时有突然的应力变化并有脆性破坏发生,预测了单晶硅脆塑转变的临界载荷略小于30 mN。开展变载荷纳米划痕实验,用0~100 mN的载荷刻划单晶硅表面,根据载荷-位移曲线观察到单晶硅在变载荷刻划中分为弹塑性去除和脆性去除阶段。弹塑性去除阶段,载荷-位移曲线波动平稳,而脆性去除阶段曲线波动较大,得到单晶硅脆塑转变的临界载荷为27 mN,临界深度为392 nm。通过恒载荷纳米划痕实验,在塑性加工域内分别以5、10和20 mN的恒载荷刻划单晶硅表面,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察恒载荷划痕后的单晶硅表面形貌,分析刻划数据发现切削力和弹性回复率随着载荷的增加而增大,摩擦系数则先增大后减小。因此单晶硅超精密切削加工应选择合理的载荷,并充分考虑弹性回复的影响。
关键词
单晶硅
超精密切削
纳米压痕
纳米划痕
脆塑转变
切削力
弹性回复率
摩擦系数
Keywords
monocrystalline silicon
ultra precision cutting
nanoindentation
nanoscratch
brittle-plastic transition
cutting force
elastic recovery rate
friction coefficient
分类号
TG501 [金属学及工艺—金属切削加工及机床]
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职称材料
题名
单晶锗纳米尺度二次划痕特性
2
作者
张高
赞
杨晓京
李宗睿
李云龙
崔杰
机构
昆明理工大学机电工程学院
出处
《有色金属工程》
CAS
北大核心
2023年第11期32-40,共9页
基金
国家自然科学基金资助项目(51765027)。
文摘
现有的单一划痕法磨削机理研究不能反映多个磨粒随机分布所引起的多次划痕之间的相互作用,为了阐明单晶锗磨削过程中多次划痕相互作用对材料去除机理的影响,采用Cube压头对单晶锗进行了不同刻划力的多次刻痕实验。结合Cube压头的几何形状与刻划表面的弹性回复,建立了划痕硬度模型,并对二次刻划中的划痕深度、应力场、弹性回复率、划痕硬度和摩擦特性进行分析,研究第一次刻划时载荷变化对于后续刻划的影响。结果表明:随着第一次刻划载荷的增大,二次刻划时单晶锗的脆塑转变的临界载荷、临界深度、弹性回复率和划痕硬度均在减少,幂函数对于切向力、法向力与刻划深度的拟合准确度降低;最大主应力增加,导致裂纹不断扩展,最终造成材料发生脆性断裂。
关键词
单晶锗
纳米划痕实验
弹性回复
划痕硬度
磨削力学
Keywords
single crystal germanium
nano-scratching experiment
elastic recovery
scratch hardness
grinding mechanics
分类号
TN304 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于纳米压痕与纳米划痕实验的单晶硅超精密切削特性研究
崔杰
杨晓京
李云龙
张高
赞
李宗睿
《人工晶体学报》
CAS
北大核心
2023
2
下载PDF
职称材料
2
单晶锗纳米尺度二次划痕特性
张高
赞
杨晓京
李宗睿
李云龙
崔杰
《有色金属工程》
CAS
北大核心
2023
0
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职称材料
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