【摘 要】
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单晶硅在光学、集成电路、微电子机械系统、太阳能电池中被广泛应用,但是其硬脆性和各向异性制约了使用性能的进一步提升。为提高单晶硅切削表面质量,本文采用分子动力学仿真方法,在单晶硅典型晶面（100）（110）（111）上进行切削仿真,讨论消减各向异性的方法。首先,建立分子动力学仿真模型,确定分子动力学模型中的刀具参数和工件参数。选择适合本模型的势函数、边界条件、系综和时间步,并分析单晶硅典型晶面上的各
【基金项目】
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本课题来源于国家自然科学基金项目（编号:51675352）；
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单晶硅在光学、集成电路、微电子机械系统、太阳能电池中被广泛应用,但是其硬脆性和各向异性制约了使用性能的进一步提升。为提高单晶硅切削表面质量,本文采用分子动力学仿真方法,在单晶硅典型晶面（100）（110）（111）上进行切削仿真,讨论消减各向异性的方法。首先,建立分子动力学仿真模型,确定分子动力学模型中的刀具参数和工件参数。选择适合本模型的势函数、边界条件、系综和时间步,并分析单晶硅典型晶面上的各向异性。其次,将金刚石摆动角度调整为15°、20°、25°、30°、35°、40°进行模拟仿真。通过分析切削过程中单晶硅3个典型晶面上的亚表层损伤厚度、原子的去除情况、非晶层的形成、切削力和摩擦系数,得出有利于降低切削表面各向异性的刀具摆动角度。再次,建立了切削深度为3nm、5nm、7nm的刀具摆动仿真模型,通过分析刀具摆动对不同切削深度下单晶硅典型晶面切削表面的形貌、相变原子配位数、静水应力的分布,得出在刀具摆动角度为25°时,有利于减缓切削深度增大导致的切削表面质量降低情况。最后,建立了切削深度为3nm,刀具刃口半径为4nm、6nm、8nm和切削深度为7nm,刀具刃口半径为8nm、10nm、12nm的仿真模型,分析切削过程中亚表层损伤、切屑去除率、切削力和摩擦系数。研究在切削深度为3nm的情况下,刃口半径为4nm、6nm、8nm的刀具摆动对单晶硅切削表面质量的影响。发现刃口半径不同的刀具摆动,对消减切削表面各向异性无显著影响。
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