| 摘要 | 第3-5页 |
| Abstract | 第5-7页 |
| 1 绪论 | 第12-26页 |
| 1.1 研究背景、目的及意义 | 第12-14页 |
| 1.1.1 研究背景 | 第12-14页 |
| 1.1.2 研究目的和意义 | 第14页 |
| 1.2 SiC单晶等硬脆材料线锯切割技术现状 | 第14-20页 |
| 1.2.1 游离磨粒线锯切割 | 第15页 |
| 1.2.2 固结金刚石磨粒线锯切割 | 第15-16页 |
| 1.2.3 超声辅助线锯振动切割 | 第16-18页 |
| 1.2.4 线锯锯切方式 | 第18-19页 |
| 1.2.5 SiC单晶不同切割方法的比较 | 第19-20页 |
| 1.3 金刚石线锯切割SiC单晶机理研究现状 | 第20-21页 |
| 1.4 线锯切割设备现状及切割技术存在的问题 | 第21-24页 |
| 1.4.1 线锯切割设备现状 | 第21-23页 |
| 1.4.2 线锯切割SiC技术存在的问题 | 第23-24页 |
| 1.5 本课题主要研究内容 | 第24-26页 |
| 2 横向超声激励线锯切割装置及实验设备 | 第26-44页 |
| 2.1 超声加工特点及加工系统的构成 | 第26-27页 |
| 2.1.1 超声加工特点及在硬脆材料加工中的应用 | 第26-27页 |
| 2.1.2 超声波辅助加工系统构成 | 第27页 |
| 2.2 横向超声激励线锯切割系统的组成 | 第27-29页 |
| 2.2.1 往复式线锯切割机床 | 第27-28页 |
| 2.2.2 超声波振动系统 | 第28-29页 |
| 2.3 超声变幅杆的设计及其与线锯的接触 | 第29-38页 |
| 2.3.1 超声变幅杆设计 | 第29-34页 |
| 2.3.2 变幅杆与线锯接触导轮的设计 | 第34-35页 |
| 2.3.3 带有工具头的阶梯形变幅杆谐振频率 | 第35-37页 |
| 2.3.4 横向超声装置与线锯切割机的连接 | 第37-38页 |
| 2.4 横向超声振动线锯切割实验装置的搭建 | 第38页 |
| 2.5 实验使用的仪器设备 | 第38-41页 |
| 2.5.1 Doppler单点激光测振仪 | 第38-39页 |
| 2.5.2 锯切力测量系统 | 第39-40页 |
| 2.5.3 形貌观察和表面粗糙度测量仪器 | 第40-41页 |
| 2.6 实验材料 | 第41-43页 |
| 2.6.1 电镀金刚石线锯 | 第41-42页 |
| 2.6.2 SiC单晶晶锭 | 第42-43页 |
| 2.7 本章小结 | 第43-44页 |
| 3 金刚石线锯切割SiC单晶切割机理的研究 | 第44-70页 |
| 3.1 SiC单晶结构及性能 | 第44-46页 |
| 3.1.1 SiC单晶的结构 | 第44-45页 |
| 3.1.2 SiC单晶的物理性能 | 第45-46页 |
| 3.2 经典硬脆材料去除机理 | 第46-54页 |
| 3.2.1 压痕断裂理论 | 第46-50页 |
| 3.2.2 硬脆材料切削时裂纹萌生机理 | 第50-52页 |
| 3.2.3 硬脆材料脆-塑转变的临界切削深度 | 第52-54页 |
| 3.3 金刚石线锯切割SiC单晶机理研究 | 第54-60页 |
| 3.3.1 线锯切割硬脆材料原理及过程 | 第54-56页 |
| 3.3.2 单颗金刚石磨粒切削力学模型 | 第56-57页 |
| 3.3.3 单颗金刚石磨粒的切削力 | 第57-60页 |
| 3.3.4 线锯总锯切力 | 第60页 |
| 3.4 金刚石线锯切割晶片表面形成 | 第60-68页 |
| 3.4.1 线锯切割晶片表面的形成机理 | 第60-64页 |
| 3.4.2 金刚石线锯切割晶片表面模型 | 第64-66页 |
| 3.4.3 金刚石线锯切割晶片表面形貌仿真 | 第66-68页 |
| 3.5 本章小结 | 第68-70页 |
| 4 线锯横向超声受迫振动响应及振动锯切条件 | 第70-86页 |
| 4.1 轴向运动金刚石线锯横向激励振动动力学模型 | 第70-76页 |
| 4.1.1 轴向运动线锯横向振动微分方程 | 第70-72页 |
| 4.1.2 横向超声施加位置对往复运动线锯横向振动的影响 | 第72-75页 |
| 4.1.3 运动线锯的自然频率及临界速度 | 第75-76页 |
| 4.2 横向受迫振动线锯振动切割条件 | 第76-78页 |
| 4.2.1 刚性刀具振动切削条件 | 第76页 |
| 4.2.2 柔性线锯振动切削条件 | 第76-78页 |
| 4.3 线锯横向受迫振动实验研究 | 第78-82页 |
| 4.3.1 线锯振动频率及振幅的测定 | 第79-80页 |
| 4.3.2 工件进给速度对振动切割的影响 | 第80-82页 |
| 4.4 线锯振动特性及实验结果分析 | 第82-84页 |
| 4.4.1 超声激励位置对往复运动线锯中间切割点处振幅的影响 | 第82-83页 |
| 4.4.2 线锯运动的临界速度 | 第83页 |
| 4.4.3 线锯自然频率测量误差 | 第83页 |
| 4.4.4 影响线锯锯切模式的因素 | 第83-84页 |
| 4.4.5 超声对线锯锯切力的影响 | 第84页 |
| 4.5 本章小结 | 第84-86页 |
| 5 横向超声对线锯锯切力和材料临界切削深度的影响 | 第86-100页 |
| 5.1 横向超声激励线锯振动切割原理及切割过程 | 第86-90页 |
| 5.1.1 横向超声激励线锯的切割原理 | 第86-87页 |
| 5.1.2 横向超声激励线锯的切割模型 | 第87-88页 |
| 5.1.3 横向超声激励线锯的振动切割过程 | 第88-90页 |
| 5.2 横向超声激励线锯振动切割过程的数学表征 | 第90-91页 |
| 5.3 线锯切割理论分析 | 第91-94页 |
| 5.3.1 线锯的锯切力 | 第91-92页 |
| 5.3.2 横向超声对线锯锯切力的影响 | 第92-93页 |
| 5.3.3 横向超声对线锯锯切硬脆材料临界切削深度的影响 | 第93-94页 |
| 5.4 实验研究 | 第94-96页 |
| 5.4.1 实验设备及方法 | 第94页 |
| 5.4.2 实验结果 | 第94-96页 |
| 5.5 分析讨论 | 第96-98页 |
| 5.5.1 锯切力的变化趋势 | 第96-97页 |
| 5.5.2 晶片表面粗糙度变化趋势 | 第97页 |
| 5.5.3 临界切削深度对切削模式的影响 | 第97页 |
| 5.5.4 切削深度对晶面粗糙度的影响 | 第97-98页 |
| 5.5.5 线锯超声振动切割对临界切削深度的影响 | 第98页 |
| 5.6 本章小结 | 第98-100页 |
| 6 横向超声对线锯切割SiC晶片表面粗糙度和材料去除率的影响 | 第100-124页 |
| 6.1 横向超声振动磨粒切割硬脆材料动态力学模型 | 第100-102页 |
| 6.1.1 横向振动金刚石磨粒有效切割时间 | 第100-101页 |
| 6.1.2 横向振动金刚石磨粒的法向撞击力 | 第101-102页 |
| 6.2 横向振动线锯切割硬脆材料裂纹萌生机理 | 第102-110页 |
| 6.2.1 横向振动线锯切割硬脆材料模型 | 第102-104页 |
| 6.2.2 磨粒切割硬脆材料中位裂纹长度 | 第104-105页 |
| 6.2.3 横向裂纹的长度及深度 | 第105-106页 |
| 6.2.4 超声振动磨粒对裂纹扩展的影响 | 第106-107页 |
| 6.2.5 线锯圆周不同位置振动磨粒对切割模式的影响 | 第107-108页 |
| 6.2.6 横振磨粒对切割晶面粗糙度影响 | 第108-110页 |
| 6.3 横向超声线锯对硬脆材料去除率的影响 | 第110-114页 |
| 6.3.1 横向超声对线锯切割速度的影响 | 第110-112页 |
| 6.3.2 横向超声对单颗磨粒去除材料体积的影响 | 第112-113页 |
| 6.3.3 横向超声线锯振动切割的材料去除率 | 第113-114页 |
| 6.4 实验研究 | 第114-120页 |
| 6.4.1 实验设备及方法 | 第114-115页 |
| 6.4.2 实验材料及切割参数 | 第115页 |
| 6.4.3 实验结果 | 第115-120页 |
| 6.5 实验结果分析讨论 | 第120-122页 |
| 6.5.1 超声振动对晶片表面粗糙度的影响 | 第120-121页 |
| 6.5.2 振动切割加工参数对材料去除率的影响 | 第121-122页 |
| 6.6 本章小结 | 第122-124页 |
| 7 结论与展望 | 第124-126页 |
| 7.1 结论 | 第124-125页 |
| 7.2 展望 | 第125-126页 |
| 致谢 | 第126-128页 |
| 参考文献 | 第128-136页 |
| 攻读博士学位期间发表论文及参与的科研项目 | 第136页 |
