收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超精密加工单晶铜表面创成的分子动力学研究

张霖  
【摘要】:具有纳米级加工精度超精密加工技术是现代制造技术的前沿领域,使具有纳米级形状精度和尺寸精度器件的制造和应用成为可能。由于被加工材料的尺寸达到纳米量级时,加工中出现了显著的表面效应、量子效应和尺寸效应,材料变形和去除机制发生了明显的变化,使具有纳米级加工精度超精密加工理论与传统机械加工有着本质的不同。基于经典连续介质力学建立起来的理论和方法在纳米尺度的超精密加工中不再适用,必须采用以离散介质为理论基础的方法来解释和揭示具有纳米级加工精度超精密加工过程中出现的现象和材料去除机理。 在超精密切削加工研究方面,国内外学者普遍采用在完整单晶铜表面进行超精密切削加工研究材料去除机理,取得了大量的研究成果,而对超精密切削加工创成表面力学性能的研究较少。由于超精密切削加工创成表面的微观结构和能量状态与完整晶体表面不同,加工创成表面上材料的变形机理发生显著变化。针对以上问题,本文采用分子动力学方法,研究了具有纳米级加工精度超精密切削加工单晶铜材料的变形机理和去除机制,应用纳米压痕和纳米刻划方法对切削加工创成表面进行了纳米力学测试仿真分析。通过对模拟结果的分析,研究了创成表面的物理性质及其影响因素,揭示了材料在多次超精密切削加工中出现的材料损伤积累。具体的研究内容包括以下几个方面: 本文首先建立了单晶铜超精密切削加工及纳米压痕测试三维分子动力学仿真模型,研究了单晶铜完整表面在超精密切削加工中材料变形机理,并在超精密切削加工创成表面上进行了纳米压痕测试,结合晶体缺陷分析技术和晶体塑性理论,辨识和分析了工件内部形成缺陷的种类和分布,解释了切削加工创成表面上纳米压痕过程中材料变形机理,获得了切削加工创成表面的力学参数,例如表面硬度和弹性模量,解释了单晶铜超精密切削加工创成表面软化效应的机理。此外,研究了超精密切削加工沿不同晶向材料变形机理,采用纳米压痕测试方法,对加工创成表面的力学性质进行了定量研究,建立了切削力与表面损伤、软化程度的定性关系。 为了进一步明确超精密切削加工创成表面的力学性能,本文建立了单晶铜超精密切削加工及纳米刻划三维分子动力学模型,研究了切削加工创成表面纳米刻划过程材料内部出现的损伤和变形情况,对比了完整单晶铜表面的纳米刻划过程,明确了表面残余损伤对纳米刻划中位错形核和位错滑移对表面力学性质的影响,计算了切削加工创成表面不同深度摩擦系数。此外,通过改变刀具几何参数,采用纳米刻划测试方法衡量了刀具钝圆半径对切削加工创成表面的损伤程度的影响。 结合本文对超精密切削加工创成表面力学性质的研究,进一步开展了在加工创成表面上超精密切削过程的研究,探究了多次超精密切削加工中材料的变形机理和损伤机制,获得了不同切削次数和切削条件下的创成表面的纳米力学参数,结合了摩擦磨损、晶体损伤力学等理论,提出了一种基于纳米压痕方法测量表面损伤积累的测试方法。这种测试方法可以对切削加工创成表面的硬度和表面势能进行预测和描述,为超精密切削加工技术提供了一定的理论指导。 总之,本文的研究工作不仅是对原有超精密切削加工机理研究的扩展,也是对切削加工创成表面机理和力学性能预测理论的进一步深化。本文有关对超精密切削加工创成表面形成机理和力学性质变化规律的研究和分析,将为超精密切削加工技术的研究提供理论基础,并开辟新的研究途径。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;单晶铜新材料的开发[J];有色金属工业;2004年03期
2 丁雨田,许广济,郭法文,寇生中,兰晔峰,丁宗富,刘广林,封存利,杨新山;热型连铸单晶铜的性能[J];中国有色金属学报;2003年05期
3 丁雨田,许广济,郭法文,寇生中,刘广林,封存利;热型连铸单晶铜铸型温度控制的研究[J];铸造;2003年04期
4 黄岩,黑祖昆,李国卿,宫泽祥;铁离子注入单晶铜引发亚结构组态变化的研究[J];大连理工大学学报;1997年02期
5 徐送宁,孙树滋,宋丹;Zr~+注入单晶Cu相形成结构的研究[J];沈阳工业学院学报;2002年03期
6 黄跃飞;张俊杰;周军晖;;单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟[J];机械工程材料;2008年04期
7 李炳;严文;陈建;刘春霞;王鑫;范新会;;单晶铜的包申格效应[J];西安工业大学学报;2009年04期
8 王鑫,李炳,张战英,严文,范新会;单晶铜制备HSYV-5e 4×2×0.5数字通讯电缆的性能研究[J];铸造技术;2005年09期
9 徐春园;张思成;;单晶铜的电学及磨损性能研究[J];甘肃科技;2006年01期
10 黄跃飞;;纳米压痕过程温度影响的分子动力学研究[J];系统仿真学报;2009年14期
11 饶磊;李克;张莹;耿茂鹏;;单晶铜杆热型连铸微机自动控制设备的研制[J];特种铸造及有色合金;2010年04期
12 丁雨田;卢振华;胡勇;曹军;许广济;;纯铜的组织和纯度对其表面氧化影响[J];铸造技术;2010年06期
13 饶磊;李小龙;李克;;基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟[J];南昌大学学报(工科版);2010年04期
14 许广济,丁宗富,丁雨田,兰晔峰,寇生中,刘广林,封存利,杨新山;热型连铸单晶铜工艺参数对铸棒表面质量的影响[J];铸造;2002年09期
15 赵干;倪锋;魏世忠;龙锐;李兴霞;;纯铜热型连铸的工艺问题与缺陷[J];特种铸造及有色合金;2007年05期
16 胡锐,何平,李金山,毕晓勤,李玉龙,傅恒志;连铸单晶铜的力学性能及断裂特征[J];机械科学与技术;2005年06期
17 张静宜;钱林茂;周仲荣;;高载下单晶铜和单晶硅的径向纳动与损伤行为研究[J];摩擦学学报;2006年01期
18 丁雨田;曹军;许广济;寇生中;胡勇;;电子封装Cu键合丝的研究及应用[J];铸造技术;2006年09期
19 李炳;严文;王鑫;范新会;;单晶铜线材的表面氧化研究[J];西安工业大学学报;2007年05期
20 陈建;严文;李炳;马晓光;杜新智;范新会;;冷拔<110>单晶铜的形变织构和微观组织演变[J];中国科学:技术科学;2011年07期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 ;热型连铸法制备无限长单晶铜[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年
2 张任良;张文飞;;纳米单晶铜杆压缩时的稳定性研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
3 张进修;龚康;王晓伟;朱震刚;;结晶状态对铜内耗频率谱的影响[A];第七届全国内耗学术会议论文集[C];2003年
4 徐爽;郭雅芳;;单晶铜薄膜单向拉伸变形的原子模拟[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
5 王振清;杨增杰;孟庆华;;含表面缺陷的单晶铜薄膜纳米压痕多尺度模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
6 陈小亮;李远坪;郑安节;;微纳米尺度单晶体变形中的表面效应探讨[A];重庆力学学会2009年学术年会论文集[C];2009年
7 于朝清;刘岚;李仲才;鄢培超;陈明;;微特电机产业发展与新材料[A];第十五届中国小电机技术研讨会论文摘要集[C];2010年
8 张俊杰;;机械纳米加工过程的原子模拟[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 胡兴雷;微纳构件加工表面性能演变过程及其拉伸力学特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 张治国;单晶材料纳米级切削机理的研究[D];天津大学;2009年
3 张俊杰;基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 曹军;键合铜线性能及键合性能研究[D];兰州理工大学;2012年
5 张力;离子辐照对材料中扩散行为的长程影响及其机制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 韩立波;铜缺陷熔化及其冲击力学行为的分子动力学模拟[D];中国科学技术大学;2010年
7 盆洪民;微构件纳米切削过程及其力学特性的多尺度模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 曾鸿江;基于MEMS的TEM/SEM原位纳米结构拉伸实验研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢振华;单晶铜氧化行为的研究[D];兰州理工大学;2010年
2 崔益鹏;单晶铜在无铅钎料中的界面反应及溶解行为[D];大连理工大学;2010年
3 袁静;水平连铸单晶铜超微细丝制备与组织性能演变研究[D];江西理工大学;2011年
4 张庆龙;单晶铜破坏机理的多尺度分析[D];内蒙古科技大学;2012年
5 李鹏涛;不同取向单晶铜线制备及其冷拔变形组织研究[D];西安工业大学;2010年
6 何平;连铸单晶铜动态冲击特性研究[D];西北工业大学;2004年
7 夏峰;单晶银的制备及冷拔形变组织的研究[D];西安工业大学;2013年
8 张霖;超精密加工单晶铜表面创成的分子动力学研究[D];吉林大学;2014年
9 索涛;等径通道挤压三维有限元模拟及试验方法研究[D];西北工业大学;2005年
10 郭文朝;基于准连续介质力学的单晶铜纳米级切削过程仿真研究[D];吉林大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李丽静;我国第一条单晶铜生产线投产[N];中国有色金属报;2003年
2 河南 张国光;单晶铜在电线电缆中的应用[N];电子报;2009年
3 见习记者 袁丽霞;投资2亿的单晶铜键合引线生产项目落户东坡区[N];眉山日报;2010年
4 记者 冯星杰;总投资近10亿元单晶铜和铜铝型材加工项目落户我市[N];广安日报;2010年
5 本报记者 邵丽华;煤城的绿色突围[N];中国环境报;2004年
6 赵岸英 陈艳娟;从“黑色印象”到“绿色主题”[N];中国改革报;2004年
7 党涤寰 王伟;焦作工业呈现强劲发展态势[N];经济日报;2003年
8 冯焱鑫;改制增活力[N];中国机电日报;2000年
9 郑开榜;湖北宜昌:倾力打造百亿产业集群[N];中国有色金属报;2009年
10 焦作钢铁股份有限公司董事长朱建庄;大力开展科技创新为企业发展输入强劲动力[N];科技日报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978