【摘要】：超精密拋光加工技術(shù)己經(jīng)成為實(shí)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(jī)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(gè)至幾百個(gè)原子層上，通過實(shí)驗(yàn)方法研究超精密拋光加工中工件材料的變形與去除機(jī)理變得十分困難。分子動力學(xué)是以離散介質(zhì)力學(xué)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(jī)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(xué)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(dāng)于劃痕過程的簡化，沒有準(zhǔn)確的描述真實(shí)的拋光加工過程，進(jìn)而難以深入分析拋光中材料的變形與去除機(jī)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(jī)理、材料內(nèi)部缺陷的形成與運(yùn)動、加工表面質(zhì)量等方面的影響。本文具體就以下幾個(gè)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(jī)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(jī)理依次為無磨損、壓實(shí)和犁溝去除模式，大變形切削模式在磨粒有旋轉(zhuǎn)速度時(shí)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(cuò)，位錯(cuò)在激活產(chǎn)生后以滑移的形式沿特定的方向運(yùn)動至工件表面或者底部，釋放能量并且留下臺階變形。位錯(cuò)在運(yùn)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(jī)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(cuò)環(huán)的產(chǎn)生及運(yùn)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(cuò)環(huán)的產(chǎn)生及運(yùn)動相關(guān)，法向力的變化與體內(nèi)滑移位錯(cuò)環(huán)的產(chǎn)生及運(yùn)動相關(guān)。 本文接下來進(jìn)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(jī)理的影響，通過設(shè)計(jì)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(yùn)動以及加工后的表面質(zhì)量進(jìn)行了對比研究。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磨粒速度增大時(shí)，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(shí)呈現(xiàn)降低的趨勢；當(dāng)磨粒的旋轉(zhuǎn)方向與前進(jìn)方向不一致時(shí)，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(cuò)缺陷；當(dāng)拋光深度增加時(shí)，工件內(nèi)部各類缺陷出現(xiàn)的數(shù)量和頻率增多；當(dāng)磨粒尺寸增大時(shí)，相對拋光深度減小，各類位錯(cuò)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(jìn)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(cuò)運(yùn)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(cuò)的運(yùn)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(yùn)動，多數(shù)位錯(cuò)的滑移方向會指向或接近工件的加工方向，少數(shù)位錯(cuò)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(cuò)環(huán)以及不動位錯(cuò)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(jī)理的進(jìn)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(kuò)展補(bǔ)充。本文有關(guān)超精密拋光加工中材料變形與去除機(jī)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(dǎo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.2

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本文編號：2378341