單晶銅納米加工過程對其組織結(jié)構(gòu)變化及溫度場影響研究.pdf

1、納米加工技術(shù)是在納米尺度加工制造各種微結(jié)構(gòu)的技術(shù)，標(biāo)志著國家科技發(fā)展水平，并為國防戰(zhàn)略發(fā)展提供技術(shù)保障。納米加工精度是納米技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志。然而，目前其發(fā)展受到測量技術(shù)及加工理論的制約，特別是缺乏對亞表面變形機理的研究。而納構(gòu)件亞表面組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)對其力學(xué)性能及加工精度等有重要的影響。因此探討納米加工過程中納構(gòu)件亞表面的形成機理、分析其組織結(jié)構(gòu)變化意義重大。此外，加工過程構(gòu)件的熱變形也是影響加工精度的重要因素。
　　首先，在閱讀國

2、內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，對納米加工過程中亞表面變形層的研究現(xiàn)狀作出綜合評價；建立了納米切削過程分子動力學(xué)模型，研究納米加工過程中材料的去除機理和表面形成機理，并分析了納構(gòu)件原子的應(yīng)力分布和有序度變化。仿真結(jié)果表明：單晶銅的切削過程中，在刀具附近的構(gòu)件表面形成位錯并擴展；在刀具和工件接觸的部位應(yīng)力較高；切削過程中，納構(gòu)件原子的有序度降低。
　　其次，通過前面建好的模型和仿真的結(jié)果，并利用球諧函數(shù)分析加工過程中納構(gòu)件材料的結(jié)構(gòu)變化。研究切削

3、過程中不同切削方向、不同切削速度對亞表面結(jié)構(gòu)變化的影響，以及納米壓痕過程中，壓痕深度和壓頭半徑對壓痕后的試件亞表面的結(jié)構(gòu)變化影響。仿真結(jié)果表明：在納構(gòu)件件表面出現(xiàn)正二十面體的結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)密排結(jié)構(gòu)和缺陷的面心立方結(jié)構(gòu)。對于不同的切削方向和切削速度，亞表面變形層區(qū)域大小不同，并且正二十面體結(jié)構(gòu)和缺陷面心結(jié)構(gòu)的原子數(shù)比例不同。納米壓痕過程中，出現(xiàn)缺陷面心立方結(jié)構(gòu)；隨著壓痕深度和壓頭半徑的增加，該部原子數(shù)比例升高，而變成其他晶體結(jié)構(gòu)的原子數(shù)變化

4、不大。
　　最后，進行了納米加工過程中納構(gòu)件溫度場的研究。利用統(tǒng)計熱力學(xué)中的統(tǒng)計溫度對加工過程中工件原子的溫度進行表征，并研究不同切削參數(shù)對納構(gòu)件溫度場分布的影響。本文還研究了切削過程工件結(jié)構(gòu)變化與其溫度場分布的關(guān)系。分析結(jié)果表明：在納米切削過程中，構(gòu)件的溫度場呈現(xiàn)以刀尖為中心的同心圓分布，構(gòu)件的高溫范圍在300-700°C之間；隨著切削速度和切削深度的增加，構(gòu)件的最高溫度變高，溫升加大，發(fā)生的熱變形變大。納構(gòu)件的原子結(jié)構(gòu)隨構(gòu)件的