随着单晶锗等硬脆材料在光学制造业、航空航天等高科技领域的广泛应用,行业对产品精度的要求已经达到了纳米级,这对制造业的超精密加工领域提出了更高的要求。实际加工中的材料普遍含有缺陷,例如空位及位错,企业往往依靠经验对材料完成制造加工,在含有缺陷的单晶锗材料纳米切削方面缺乏对应的理论和实验数据分析。论文的研究来源于国家自然科学基金:“晶体锗红外光学硬脆材料微纳米尺度塑性切削力学机理研究(项目号:51765027)”项目,本文从硬脆材料的脆塑转变为切入角度,针对含有空位和位错缺陷的单晶锗切削过程,首先应用分子动力学软件LAMMPS构建了含有空位和位错的单晶锗纳米切削分子动力学仿真模型,对系统进行了驰豫得到了稳定的切削状态;从原子角度考虑了切削过程中系统势能及切削力的变化,研究了材料的去除过程和切屑的形成机理,分析了空位缺陷和位错缺陷对切削过程的影响。结果显示在切削过程中单晶锗晶体所含空位数越多则基础系统势能越大,随着切削的进行,系统势能逐渐增大,表明空位缺陷的增加会使系统不稳定性增大;含有空位缺陷的单晶锗材料(111)晶面在切削过程中所需切削力最小,切屑最为连贯,是最适合切削加工的晶面。在含有刃型位错的单晶锗材料切削过程中发现位错结构的滑移及破坏将存储的应变能放出,会造成系统势能的波动,刃型位错的存在会对切削造成一定阻碍,切削力在位错部分有一个较大波动,呈升高趋势。切削深度越大,所需要的切削力平均值越大。对含有位错的单晶锗试样进行了纳米刻划,首先将单晶锗材料的微观缺陷通过腐蚀方法和金相显微镜观测,得到单晶锗材料的位错腐蚀坑形貌,分析了影响位错腐蚀坑形貌的影响因素并计算了位错密度。之后将经过位错腐蚀观测的材料进行了表面纳米划痕实验,结合纳米划痕仪显微镜下的观测分析了位错密度对切削特性的影响,同时研究了不同载荷下的切削深度对表面切削特性的影响。实验表明:位错对切削过程会产生影响,发现当探针经过位错密度大的区域时,位错对切削造成阻碍,切削力波动较大呈升高趋势。探针经过位错密度较小的区域或不经过位错区域,切削力比较稳定。同时验证了仿真中位错密度越大,切削力波动越明显,且波动为上升趋势的结论。