SiC单晶切割过程中材料去除机理及试验研究

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SiC是近20年发展起来的新型材料,由于其具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等独特的性能,使其在石油工业、微电子、冶金机械、航空航天、汽车、钢铁等众多领域得到了快速发展和应用。SiC在很多领域的广泛应用,对SiC晶片提出诸多要求,比如表面光滑、无缺陷、表面质量无损伤等,因为SiC单晶表面加工质量的优劣和精度的高低,直接影响到SiC器件的性能,所以研究SiC单晶脆塑性转变的临界条件,对塑性模式下获得良好的表面质量具有十分重要的意义。  基于滑移线场理论对SiC单晶的脆塑性转变机理进行了研究和分析,并建立了锲形刀具划痕产生的塑性变形模型,在此基础上,对材料的断裂韧性和屈服强度与临界深度的关系进行了研究,并从断裂机理的角度出发,分析了塑性变形区域内硬脆材料的变形过程,进而推导出了临界深度的数学表达式,为试验提供了理论依据。  通过搭建的划痕试验台对Si、SiC和玻璃进行划痕试验来探索它们的临界深度和临界载荷,试验数据结果验证了临界深度表达式的正确性,又从单颗磨粒的材料去除率着手,研究了单位时间内金刚石线锯切割单晶SiC的材料去除率以及线锯表面的磨粒分布,并在理论分析的基础上采用单因素试验法,研究了工件进给速度、线锯运动速度、线锯张力大小及锯丝半径参数对材料去除率的影响,其结果是模型预测的材料去除率与试验结果得到的去除率对比,得到的平均误差为4.39%,进一步验证了本文模型的合理性。对提高硬脆材料的加工方法与加工质量有较好的参考价值。
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