论文投稿_医学论文投稿_核心期刊,职称论文投稿发表_论文部落

　　从图3中，通过对比可以明显看到，在刻划实验过 程中，刻划速度的大小对单晶硅Si (100)、Si(110)晶 面切削力大小的影响无明显变化，而对单晶硅Si (111)晶面有较大影响。当刻划速度为50卩m/s时，在刻划位移40nm处，Si (100 )晶面的切削力为 0. 741mN，摩擦系数为0. 148;Si(110)晶面的切削力 为0. 572mN，摩擦系数为0. 114;Si(111)晶面的切削 力为0. 654mN，摩擦系数为0. 131。当刻划速度为 100^m/s时，在刻划位移40nm处，Si(100)晶面的切 削力为0. 740mN，摩擦系数为0. 148;Si(110)晶面的 切削力为0 594mN，摩擦系数为0. 118;S(111)晶面 的切削力为0. 449mN，摩擦系数为0. 090。
　　上述实验数据结果表明，在刻划试验中，刻划速度 的大小对单晶硅Si(110)、Si (110)晶面的切削力及摩 擦系数大小影响无明显变化，但对单晶硅S i (111)晶 面有较大影响。其主要原因为单晶硅各晶面原子排列 密度不同，Si(111)为密排面，由于采用较高的刻划速 度导致单晶硅S i (111)试件内部原子结构排列从晶态 向非晶态变换时间较短所致。
　　4.2不同载荷下单晶硅表面切削特性分析
　　在纳米刻划实验中，载荷的大小对衡量材料表面 切削性能有着至关重要的影响。通过划痕仪上的传感 器测得划痕过程中刻划位移和切削作用力的数据，从 而作出切削力与位移的关系曲线。图4(a)和（b)分别为 Si(100)、Si(110)、Si(m)在刻划速度为 10(Vm/s、 载荷为50(VN、5 mN时的切削力^立移曲线图。
　　从图4可以看出在较低的载荷作用下，单晶硅各 晶面取向上的切削力无明显的变化规律。随着载荷的 增大，单晶硅各晶面取向上的切削力也相应增大，从 (b)图中可以看出单晶硅（100)晶向的切削力最大， (110 )晶向次之，（111)晶向最小。随着载荷的增大，其 相应的切削力也增大，但并非呈线性增长。以单晶硅 (110 )晶面取向为例，在刻划位移为4 0 nm处，当载荷 为500JUN时，切削力为0. 022mN;当载荷为5jL〇nN 时，切削力为0. 594mN。这表明随着载荷的增大，切 削力并非呈线性增长。
　　根据上述实验结果表明，在纳米刻划实验中，载荷 的大小对单晶硅各晶面的切削力影响较大。主要因为 单晶硅原子沿不同晶向排列的周期性和疏密程度不 同，导致单晶硅表面显微硬度不同，因此单晶硅各晶面 表现出不同的切削力学特性。
　　为了对载荷对于单晶硅表面切削特性的影响有一 个定性直观的认识，图5给出了在不同载荷下单晶硅 各表面划痕的微观形貌。每个图中载荷从右向左逐渐 增大。从形貌图中可以发现，在较低载荷刻划下，单晶硅各晶面表面划痕细小，深度较浅且不明显。随着载 荷的逐渐增大，划痕宽度及深度也逐渐增大。沟槽两 侧及探针前端并有明显的切屑堆积，实现材料的去除。 这主要是因为随着载荷的增大，单晶硅各晶面表面发 生明显的塑性变形，塑性变形累积到_定程度后发生 切屑脱离，并造成沟槽两侧及探针前端切屑堆积。
　　4结论
　　本文运用纳米压痕仪和原子力显微镜对在不同刻 划速度和载荷下的单晶硅各晶面表面切削特性进行实 验研究分析，其结论如下：
　　1.在载荷5mN条件下，刻划速度的大小对单晶 硅Si (100)、Si (110)晶面切削力以及摩擦系数的影响 无明显变化，而对单晶硅Si (111)晶面有较大影响。
　　2.在较低载荷刻划下，单晶硅各晶面表面划痕细 小，深度较浅且不明显，切削力大小无明显变化规律。 随着载荷的逐渐增大，划痕宽度及深度也逐渐增大；沟 槽两侧及探针前端并有明显的切屑堆积，并且切削力随 着载荷的增大而增大，单晶硅（1 〇 0 )晶向的切削力最大， (110)晶向次之，（111)晶向最小，但都并非呈线性增长。
　　参考文献
　　[1 ]徐相杰.不同接触尺度下单晶硅的摩檫磨损性能研究[D]成都： 西南交通大学，2012.
　　[2]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：哈尔滨工业大学，2011.
　　[3] YanrongLIU， XiaojingYANG，ChengmingYANG.
　　Experimental research on mechanical characteristics in theprocess of nanoscale sliding contact [J]. Applied Mechanics and Materials，2013, 275?277:1769?1774.
　　[4]高卫，田光磊，范正修，邵建达.单晶硅材料的1064nm Nd:YAG 脉冲激光损伤特性研究[].材料科学与工程学报，2005, 23(3): 317?320.
　　[5 ] Y. II. Chen, F. Z . Fang，et al. Molecular Dynamics Investigation of Cutting Force in Nanometric Cutting of Monocrystalline Silicon [J]. American Journal of Nanotechnology，2010，1(2) : 62?67.
　　[6]赵宏伟.杨柏豪.等.单晶硅纳米力学性能的测试[].光学精密工程，2009, 17(7) 1602?1607.
　　[7]毕勇.刘志东.邱明波.等.新型太阳能级硅片切割技术[].材料科学与工程学报，2010, 28(5): 582?585.
　　[8]储清梅，刘翔，张鹏翔，戴永年.Si(100)在碱性氟化物溶液中的腐 蚀行为[].材料科学与工程学报，2012, 30(6): 940?942.
　　[9]王小月.单晶硅纳米压痕/划痕过程的有限元仿真分析与实验研 究[D].吉林：吉林大学，2012.
　　[10] 唐玉兰，梁迎春，霍德鸿.基于分子动力学单晶硅纳米切削机理研究[].微细加工技术，2003, 76(2) 76?80.