微細(xì)超聲波加工脆性材料去除模式的研究.pdf

1、微細(xì)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(xì)超聲波加工底面精度，很多學(xué)者針對(duì)微細(xì)超聲波材料去除特點(diǎn)，對(duì)微細(xì)超聲波加工底面材料去除模式和粗糙度進(jìn)行了研究，雖然微細(xì)超聲波材料去除機(jī)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(xì)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(xì)超聲波加工材料去除方式主要由于工具對(duì)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(jìn)行解釋，同時(shí)結(jié)合彈性力學(xué)、塑性力學(xué)提出微細(xì)超聲波加工材料去除模式模型，理論上分析認(rèn)為在加工力足夠小時(shí)，硬脆性材料在微細(xì)超聲波加工中也可以實(shí)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(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分別在石英晶體和單晶硅<100>面進(jìn)行了微細(xì)超聲波鉆孔加工

3、實(shí)驗(yàn)，通過(guò)拍攝SEM圖片對(duì)加工孔底面進(jìn)行觀察，通過(guò)ZYGO折光干涉儀對(duì)加工底面的五種粗糙度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。
　　結(jié)果表明，單個(gè)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(gè)磨粒最大撞擊力達(dá)到臨界值時(shí)，材料的去除模式會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。在微細(xì)超聲波加工中，當(dāng)加工力足夠小時(shí)，石英晶體和單晶硅<100>均可以實(shí)現(xiàn)塑性去除。當(dāng)單個(gè)磨粒最大撞擊力大于塑性臨界力時(shí)，材料脫離塑性去除階段，進(jìn)入脆塑轉(zhuǎn)變階段;當(dāng)單個(gè)磨粒最大撞擊力大于脆性臨界力時(shí)，材

4、料進(jìn)入脆性去除階段。在不同去除模式下，粗糙度Rpk曲線會(huì)出現(xiàn)分段現(xiàn)象，粗糙度Pq，Rq，Rk，Rvk無(wú)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(jì)算出的臨界力值與實(shí)驗(yàn)過(guò)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