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

摘要：

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

所属期刊栏目：52

分类号：TG501(金属切削加工及机床)

资助基金：国家自然科学基金51765027

在线出版日期：2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1651-1659