单晶硅超精密加工技术仿真

图书标准信息

• 作者 史立秋
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2020-05
• 版次 1
• ISBN 9787111650911
• 定价 69.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸

【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】

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