纳米加工技术专题

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1、10/6/2021纳米加工技术专题Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn第7章基于SPM的纳米加工技术1上次课主要内容1.超精密表面质量检测包含哪些内容2.表面粗糙度的主要测量方法与测量仪器3.表面粗糙度的三个高度参数4.超精密加工工艺研究中的表面粗糙度检测5.纳米尺度标准样板6.SPM在超精密测试中的应用7.SPM在其他领域的应用8.纳米硬度测量的基本方法和仪器210/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.ed

2、u.cn纳米加工技术专题从超精密加工到纳米加工2.纳米加工机理：从有限元到分子动力学3.SPM纳米加工系统4.SPM纳米加工工艺5.SPM加工工具：金刚石微探针技术6.纳米加工实验7.SPM的原子级加工（与测量）方法纳米加工技术研究内容310/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加工技术专题综述：从超精密加工（宏观）到纳米加工（微观）？精度的提高越来越难7.1从超精密加工到纳米加工图7-1影响微纳米加工表面形成的因素410/6/2021Tele

3、phone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加工技术专题超精密车削的超薄切屑日本大阪大学的井川教授和美国劳伦斯实验室的Donaldson等从1986年开始合作进行的“超精密切削加工的极限”的实验研究。切削实验的机床是劳伦斯实验室的超精密车床PERLII，使用的刀具是特制的金刚石车刀。图7-2是在切削厚度为1nm时切削电镀铜得到的切屑的SEM照片7.1从超精密加工到纳米加工图7-2纳米切削图示510/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:s

4、pm@hit.edu.cn纳米加工技术专题理论：有限元方法（FEM）模拟从本世纪70年代，人们就开始用有限元方法模拟切削等加工过程。为了研究超精密加工机理，人们对传统的有限元模型进行了修改，提出了刚—塑性FEM等新的模拟方法，其中有代表性的是日本Kobe大学的ToshimichiMoriwaki等人对铜的直角微切削过程进行的模拟。他提出了考虑切削刃钝圆半径的有限元模型来分析铜的超精密切削机理，并计算了切削热，研究了工件、刀具的温度分布。结果表明，加工的影响区随着rn/ap（刀具切削刃钝圆半径和背吃刀量的比值）的

5、增加而扩大，切削阻力也与rn/ap成正比。7.1从超精密加工到纳米加工610/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加工技术专题理论：传统超精密加工理论：从工艺角度出发金属切削机理：工艺学有限元模拟仿真：模拟各种切削过程加工区域有限元、刀具有限元、热分析、剪切应力7.1从超精密加工到纳米加工710/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加工技术专题存在的理论问题：在超精密加工中，特

6、别是达到纳米加工时，加工发生在很小的区域，该区域只包含数个原子层或数百个原子层。加工过程在本质上是原子的离散现象，工件材料应看作是原子或分子的集合体，对加工过程采用建立在传统连续介质力学基础上的切削理论来解释显然是不合适的。FEM模拟对研究宏观切削现象是行之有效的，但由于它是建立在接触力学和经典的弹塑性力学基础上的模拟方法，所以不适合用来研究纳米加工过程中的若干机理问题。7.1从超精密加工到纳米加工810/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加

7、工技术专题7.1从超精密加工到纳米加工图7-3特征尺度、时间尺度和相应的研究手段910/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加工技术专题其他因素：另一方面，超精密加工和纳米加工都是十分复杂的材料去除过程，超精密加工机床必须有高的稳定性，其运动部件要求有很高的定位精度；加工刀具必须有稳定加工的能力；工件材料要有好的可加工性；并且还要选择合适的加工条件，所以微纳米加工表面的形成受到了来自超精密机床、刀具、工件材料性质和加工条件等各方面线性和非线性因

8、素的影响。7.1从超精密加工到纳米加工1010/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.cn纳米加工技术专题除加工机理、加工模型以外：机床：刀具：加工工艺：因此：要从以上几个方面重新建立纳米加工理论7.1从超精密加工到纳米加工1110/6/2021Telephone:0451-86412534E-mail:spm@hit.edu.