微細超聲波加工脆性材料去除模式的研究.pdf

1、微細超聲波加工技術(shù)作為一種特種加工技術(shù)，廣泛應(yīng)用在硬脆性材料和不導(dǎo)電材料的加工中。本文主要研究微細超聲波加工底面精度，很多學(xué)者針對微細超聲波材料去除特點，對微細超聲波加工底面材料去除模式和粗糙度進行了研究，雖然微細超聲波材料去除機理已經(jīng)基本明確，但未有成熟的理論和模型能定量化的衡量微細超聲波加工底面材料去除模式，很多研究成果止步于工藝參數(shù)探究階段。
　　微細超聲波加工材料去除方式主要由于工具對磨粒的錘擊迫使磨粒撞擊工件底面，這一現(xiàn)

2、象與壓痕理論中壓頭撞擊工件的現(xiàn)象極為相似，可以用壓痕理論進行解釋，同時結(jié)合彈性力學(xué)、塑性力學(xué)提出微細超聲波加工材料去除模式模型，理論上分析認為在加工力足夠小時，硬脆性材料在微細超聲波加工中也可以實現(xiàn)塑性去除，且存在三種去除模式:塑性去除模式，脆性去除模式和脆塑轉(zhuǎn)變模式。
　　材料在不同去除模式下，加工底面的整體形貌不同，底面的粗糙度值也不同。因此根據(jù)理論模型設(shè)計了驗證實驗，分別在石英晶體和單晶硅<100>面進行了微細超聲波鉆孔加工

3、實驗，通過拍攝SEM圖片對加工孔底面進行觀察，通過ZYGO折光干涉儀對加工底面的五種粗糙度進行了統(tǒng)計和分析。
　　結(jié)果表明，單個磨粒最大撞擊力是影響材料去除模式的關(guān)鍵因素。當(dāng)單個磨粒最大撞擊力達到臨界值時，材料的去除模式會發(fā)生轉(zhuǎn)變。在微細超聲波加工中，當(dāng)加工力足夠小時，石英晶體和單晶硅<100>均可以實現(xiàn)塑性去除。當(dāng)單個磨粒最大撞擊力大于塑性臨界力時，材料脫離塑性去除階段，進入脆塑轉(zhuǎn)變階段;當(dāng)單個磨粒最大撞擊力大于脆性臨界力時，材

4、料進入脆性去除階段。在不同去除模式下，粗糙度Rpk曲線會出現(xiàn)分段現(xiàn)象，粗糙度Pq，Rq，Rk，Rvk無明顯規(guī)律。脆性模式下的Rpk值明顯大于塑性模式下的Rpk值。單晶硅<100>面三種去除模式分明，Rpk曲線分成三段;石英晶體脆性去除模式與塑性去除模式分明，脆塑造轉(zhuǎn)變模式介于二者之間，這可能與石英晶體斷裂韌性參數(shù)有關(guān)。理論模型計算出的臨界力值與實驗過程中得出的臨界力值吻合，兩種材料的塑性臨界力和脆性臨界力均可以用同一修正常數(shù)K=4.36