微細超聲波加工單晶硅脆塑轉變判別標準的研究.pdf

1、單晶硅，壓電石英以及工程陶瓷等硬脆性材料憑借其高硬度，耐高溫，耐腐蝕等優(yōu)點被廣泛應用于航天、醫(yī)學、汽車等領域。隨著微細加工技術的進步，對材料的表面質量和尺寸精度要求也在不斷提高。微細超聲波加工作為一種微細加工手段，因為其加工過程不受材料導電性和導熱性的限制而成為最適合加工硬脆材料的方法。
　　許多學者通過其他加工手段如車削，銑削和磨削在脆性材料上已經(jīng)觀察到塑性加工的特征。本文采用的是微細超聲波加工來探究脆性材料的塑性去除。傳統(tǒng)意義

2、上來說，微細超聲波加工硬脆材料的模式大多屬于脆性去除，加工表面常常覆蓋許多崩碎的凹坑和裂紋，這樣會大大降低材料的力學性能同時表面質量也難以滿足要求。為克服這一加工缺點可以通過適當調(diào)整加工參數(shù)可以使微細超聲波加工中的塑性去除比例提高，進而提高材料的表面質量。但是目前對于微細超聲波加工的脆塑模式判別方式基本上是根據(jù)主觀的判斷，并未提出一個客觀統(tǒng)一的判別方法。因此本文基于脆性固體斷裂理論，通過工具不旋轉的微細超聲波加工進行大量實驗，旨在找到這

3、樣一個有說服力的判別標準，經(jīng)過圖像觀測，數(shù)據(jù)分析和驗證實驗，找到單晶硅<100>面在微細超聲波加工的條件下脆塑轉變的臨界力范圍:當單個磨粒最大沖擊力小于0.065g時，加工表面呈現(xiàn)明顯的塑性特征;當單個磨粒最大沖擊力大于0.15g時，加工表面為脆性加工;當單個磨粒最大沖擊力介于0.065g和0.15g之間，加工表面處于脆塑轉變狀態(tài)。然后通過表面輪廓儀對輪廓底面進行粗糙度分析，最終得出粗糙度Rpk可以作為微細超聲波加工單晶硅<100>面脆

4、塑轉變的判別標準:當Rpk大于500nm時，加工表面由脆性模式去除;當Rpk小于450nm時，加工表面呈現(xiàn)明顯的塑性去除特征;當Rpk介于450nm和500nm之間，加工表面兼具有脆性和塑性的去除特征，處于脆塑轉變狀態(tài)。
　　此外，本文對于工具旋轉的微細超聲波加工單晶硅<100>的加工表面也做了關于脆塑轉變方面的分析，結果表明粗糙度Rpk同樣適用于工具旋轉的微細超生波加工，并得出了在三種不同直徑的磨粒加工下脆塑轉變臨界力的大致范圍