發(fā)布時間：2018-12-14 09:00

【摘要】：超精密拋光加工技術(shù)己經(jīng)成為實現(xiàn)集成電路特征尺寸跨入納米級精度的關(guān)鍵技術(shù)和工藝，在這樣的納米量級加工過程中，材料的變形機理與宏觀加工過程存在顯著的不同，材料的變形與去除僅僅發(fā)生在幾個至幾百個原子層上，通過實驗方法研究超精密拋光加工中工件材料的變形與去除機理變得十分困難。分子動力學是以離散介質(zhì)力學理論方法為基礎(chǔ)的仿真手段，，通過高效的分析方法可以模擬納米量級的微觀加工過程，發(fā)現(xiàn)規(guī)律并解釋機理，已成為目前研究超精密加工技術(shù)的主要方法之一。 在超精密拋光加工研究方面，國內(nèi)外學者普遍采用在面心立方晶體結(jié)構(gòu)的單晶銅表面作用的磨粒二體接觸拋光模型，但是由于二體接觸拋光從本質(zhì)上說相當于劃痕過程的簡化，沒有準確的描述真實的拋光加工過程，進而難以深入分析拋光中材料的變形與去除機理。故本文建立了旋轉(zhuǎn)金剛石納米磨粒的三體接觸拋光模型，通過對模擬結(jié)果的分析，研究了旋轉(zhuǎn)磨粒對超精密拋光加工過程中材料的變形與除機理、材料內(nèi)部缺陷的形成與運動、加工表面質(zhì)量等方面的影響。本文具體就以下幾個方面開展了研究： 首先分析了旋轉(zhuǎn)磨粒作用下的單晶銅工件內(nèi)部形成的缺陷的種類與性質(zhì)，探討了超精密拋光加工中材料的變形與去除機理，即單晶銅工件在拋光深度由淺至深的變化中，材料的變形與去除機理依次為無磨損、壓實和犁溝去除模式，大變形切削模式在磨粒有旋轉(zhuǎn)速度時未見發(fā)生。單晶銅在外部載荷作用下，由表面原子堆積、內(nèi)部多種缺陷的產(chǎn)生等方式來協(xié)調(diào)塑性變形，其中最重要的缺陷是位錯，位錯在激活產(chǎn)生后以滑移的形式沿特定的方向運動至工件表面或者底部，釋放能量并且留下臺階變形。位錯在運動中相互作用或與其它類型缺陷作用與影響，構(gòu)成工件微觀變形機理的基礎(chǔ)。此外，本文還定性研究了拋光載荷-位移曲線波動的振幅、頻率與材料內(nèi)部兩種重要的位錯環(huán)的產(chǎn)生及運動間的關(guān)聯(lián)和影響，即切向力的變化與單晶銅工件內(nèi)部的表面滑移位錯環(huán)的產(chǎn)生及運動相關(guān)，法向力的變化與體內(nèi)滑移位錯環(huán)的產(chǎn)生及運動相關(guān)。 本文接下來進一步研究了拋光加工中旋轉(zhuǎn)磨粒參數(shù)對工件變形和去除機理的影響，通過設(shè)計不同的旋轉(zhuǎn)磨粒參數(shù)如磨粒旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)角度、拋光深度以及半徑大小，對加工中的材料內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生、運動以及加工后的表面質(zhì)量進行了對比研究。當旋轉(zhuǎn)磨粒速度增大時，工件內(nèi)部各類缺陷的數(shù)量及作用范圍變大至一定波峰時呈現(xiàn)降低的趨勢；當磨粒的旋轉(zhuǎn)方向與前進方向不一致時，在其旋轉(zhuǎn)方向同側(cè)的工件內(nèi)部會比另一側(cè)產(chǎn)生更多的位錯缺陷；當拋光深度增加時，工件內(nèi)部各類缺陷出現(xiàn)的數(shù)量和頻率增多；當磨粒尺寸增大時，相對拋光深度減小，各類位錯數(shù)量增多，作用范圍變大。 此外本文采用不同的超精密拋光工藝參數(shù)，如旋轉(zhuǎn)磨粒加工方向、加工晶面以及系統(tǒng)溫度，對加工中的材料內(nèi)部缺陷情況以及加工后的表面質(zhì)量進行了對比研究。在旋轉(zhuǎn)磨粒作用下，直接決定材料內(nèi)部位錯運動和表面形貌的因素是工件晶體結(jié)構(gòu)的屬性。為協(xié)調(diào)變形而于工件內(nèi)部產(chǎn)生的位錯的運動方向是特定的，沿著工件晶體結(jié)構(gòu)類型所屬的滑移系運動，多數(shù)位錯的滑移方向會指向或接近工件的加工方向，少數(shù)位錯沿著其它滑移方向。隨著溫度增加，單晶銅工件內(nèi)部的空位類缺陷、各類滑移位錯環(huán)以及不動位錯數(shù)量明顯增多。 本文的研究工作既是對拋光加工中單晶銅材料的變形與去除機理的進一步深化，也是為更好的確定超精密拋光工藝參數(shù)而做的擴展補充。本文有關(guān)超精密拋光加工中材料變形與去除機理的研究和分析，將為超精密拋光加工技術(shù)提供更好的理論指導。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.2

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本文編號：2378341