基于分子动力学的4H-SiC延性域超精密磨削机理研究

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SiC单晶材料因其禁带宽度大、电子迁移率高等诸多优势成为第三代半导体材料的代表。超精密磨削正逐渐成为其主流加工工艺,对硬脆材料SiC单晶具有良好加工效果,但仍不可避免地给晶片留下加工损伤。目前,基于实验手段对SiC超精密磨削机理的研究还不够完善,深入研究SiC单晶超精密磨削机理对实现SiC单晶高平整度、低表面粗糙度与低亚表面损伤的高效磨削加工具有重要的指导意义。分子动力学仿真可从微观尺度对原子模型特征进行分析,已广泛应用于物理、材料、医学等研究领域,并逐渐向机械加工领域扩展。将分子动力学仿真用于4HSiC延性域超精密磨削机理研究,可从微观过程研究超精密磨削机理,弥补当前基于实验方法研究的不足,该研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文基于分子动力学的4H-SiC延性域超精密磨削仿真,分别从磨削质量、磨削力与等效应力、势能与温度等方面对磨削机理展开了系统深入的研究,并进行了仿真有效性分析,主要研究内容如下:(1)基于分子动力学磨削仿真分析了4H-SiC延性域材料去除机理。选择合适的仿真参数建立分子动力学磨削仿真模型,基于磨削仿真结果从磨削表面质量、磨削力与等效应力、系统势能与温度等角度分析4H-SiC单晶磨削机理,并对比了金刚石磨粒与以铜为基体的金刚石磨粒的磨削仿真结果。(2)基于Cu基体磨粒磨削仿真模型研究延性域不同磨削参数(磨削速度、磨削深度及磨粒半径)对4H-SiC磨削表面质量的影响,从磨削力与等效应力、势能与温度等角度解释出现该影响的原因,并依据实际试验进行仿真有效性分析。(3)基于Cu基体磨粒磨削仿真模型分析微裂纹磨削机理。对裂纹在切割等前序加工阶段的形成与扩展行为进行分析;建立含有不同微裂纹相对位置的4HSiC材料模型,对不同方向与位置的微裂纹在磨削加工仿真中的材料去除行为、磨削力与磨削应力变化进行研究。
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