基于纳米划刻实验的单晶锗切削机理

来源期刊：稀有金属材料与工程2019年第8期

论文作者：耿瑞文 杨晓京 李芮 罗良

文章页码：2544 - 2549

关键词：单晶锗;纳米划刻实验;表面形貌特征;弹塑转变;脆塑转变;

摘    要：选用Berkovich压头,使用纳米压痕仪对单晶锗进行了变载荷纳米划刻试验,利用SEM观测了划刻过程中沟槽表面形貌特征,将划刻过程中材料的去除机制分为延性域、脆塑转变域和脆性域3个阶段,并分析了在各个阶段的力学特征。根据断裂力学理论,以切向力的首次下降作为脆塑转变发生点,由此获得单晶锗脆塑转变的临界载荷及临界深度,并分析了裂纹的产生与扩展过程。对于纳米划刻过程中法向力、切向力、摩擦因数与划刻深度的函数关系进行非线性拟合,由相关系数的计算结果表明,划刻力与划刻深度之间存在强相关性。基于赫兹接触理论计算单晶锗划刻过程中临界弹塑转变深度,其大小为1.33 nm。基于脆塑转变临界载荷,建立了表征单晶锗材料脆塑转变临界深度的表达式,结果表明其脆塑转变临界深度为561 nm。由此对于单晶锗划刻过程中不同阶段确立了量化区分方法。