单晶硅超精密加工技术仿真
| 作者 |
| 史立秋 |
| 丛书名 |
| 出版社 |
| 机械工业出版社* |
| ISBN |
| 9787111650911 |
| 简要 |
| 简介 |
| 内容简介 单晶硅作为一种典型的硬脆半导体材料，广泛应用于微电子领域。超精密加工技术可以实现硅表面的高质量加工，但加工方法需要很高的实验条件和工作成本。本书以材料力学、超精密加工等学科为理论基础，建立单晶硅超精密车削的有限元和分子动力学模型，优化切削参数以及刀具参数，解决传统研究中只能通过大量实验来确定*优工艺参数的弊端，降低实验成本，提高加工效率。 本书适合从事超精密加工技术研究的科研工作者、工程技术人员或高校教师、本科生、研究生阅读，也可以作为科普读物，加深读者对这一领域的了解。 |
| 目录 |
前 言 第1章 绪论........................................1 1.1 单晶硅超精密切削加工的发展现状........................................2 1.1.1 单晶硅脆塑性转变机理研究的国内外现状........................................2 1.1.2 金刚石刀具的超精密加工现状........................................4 1.2 切削的有限元仿真发展现状........................................6 1.2.1 有限元软件的选择和简介........................................6 1.2.2 有限元超精密切削的仿真研究现状........................................7 1.3 单晶硅超精密切削的分子动力学仿真发展现状........................................9 第2章 超精密切削有限元理论研究及模型建立........................................12 2.1 切削的基本理论........................................12 2.1.1 切削变形区........................................12 2.1.2 超精密切削机理及最小切削深度........................................13 2.2 有限元法的概述........................................16 2.3 非线性有限元基础与求解方法........................................17 2.3.1 非线性问题的分类........................................17 2.3.2 非线性有限元的求解方法及迭代的收敛判据........................................21 2.4 Marc超精密切削的有限元建模........................................23 2.4.1 建立超精密切削的几何模型........................................24 2.4.2 建立刀具和工件的材料模型........................................24 2.4.3 建立接触摩擦模型........................................25 2.4.4 边界条件的定义........................................27 2.4.5 建立切屑的分离模型........................................27 2.4.6 热机耦合........................................29 2.5 本章小结........................................30 第3章 单晶硅二维精密切削过程的有限元仿真和结果分析.......................................31 3.1 切屑形状的研究........................................31 3.1.1 切屑形成机理的研究........................................31 3.1.2 刀具几何参数对切屑形状的影响........................................32 3.1.3 切削参数对切屑形状的影响........................................34 3.2 单晶硅精密切削中切削力的研究........................................35 3.2.1 切削力随时间的变化规律........................................35 3.2.2 刀具几何参数对切削力的影响........................................37 3.2.3 切削参数对切削力的影响........................................38 3.3 单晶硅精密切削中的应力场分析........................................38 3.3.1 单晶硅应力场的分布........................................38 3.3.2 刀具几何参数对应力的影响........................................39 3.3.3 切削参数对应力的影响........................................41 3.4 单晶硅精密切削中的温度场分析........................................43 3.4.1 单晶硅超精密切削的切削温度场........................................43 3.4.2 刀具几何参数对切削温度的影响........................................45 3.4.3 切削参数对切削温度最大值的影响........................................46 3.5 本章小结........................................47 第4章 单晶硅超精密切削实验及有限元模型的验证........................................48 4.1 超精密切削系统的建立........................................48 4.1.1 超精密加工系统组成........................................48 4.1.2 超精密加工系统原理........................................50 4.2 超精密切削的实验研究........................................50 4.3 本章小结........................................53 第5章 单晶硅纳米加工的三维仿真........................................54 5.1 三维有限元建模........................................54 5.2 单晶硅晶面的选择........................................57 5.3 单晶硅微纳结构的加工........................................60 5.4 本章小结........................................63 第6章 单晶硅超精密切削的分子动力学建模........................................64 6.1 分子动力学仿真方法........................................64 6.1.1 分子动力学仿真的基本思想和理论........................................64 6.1.2 周期性边界条件........................................65 6.1.3 分子动力学系统的运动方程........................................67 6.1.4 积分算法与势函数........................................68 6.1.5 系综概念........................................71 6.1.6 时间步长........................................73 6.2 分子动力学仿真步骤........................................74 6.3 仿真模型的建立........................................76 6.4 本章小结........................................77 第7章 硅表面超精密切削的分子动力学仿真与分析........................................78 7.1 单晶硅切削过程的仿真........................................78 7.1.1 仿真模拟参数设定........................................78 7.1.2 弛豫分析........................................79 7.2 切削物理参数分析........................................80 7.2.1 原子间势能分析........................................80 7.2.2 切削力分析........................................81 7.3 单晶硅纳米切削机理分析........................................83 7.4 本章小结........................................84 第8章 加工参数对硅表面切削过程的影响........................................85 8.1 切削深度对仿真结果的影响........................................85 8.2 切削速度对仿真结果的影响........................................87 8.3 刀具前角对仿真结果的影响........................................89 8.4 刀尖形状对仿真结果的影响........................................92 8.5 本章小结........................................94 参考文献........................................95 |
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