SiC单晶片切割过程中切割力建模与研究

摘要

随着社会的不断发展，硬脆性材料的应用日益广泛。在脆性材料的切割方法中，金刚石线锯切割技术以其较高的切片表面质量、锯缝窄、对环境污染小和不易碎片等优点适用于硬脆材料的加工。本文主要对金刚石线锯切割SiC单晶过程中的锯切力进行分析和研究，获得了切割过程中切割力的解析模型和试验模型，并对影响切割力的工艺参数进行了优化，为实际的切割过程提供理论依据。本文的主要研究内容如下：
　　在前期研究的圆形工件和线锯切割时建立的切割力模型的基础上，分析了切割过程中线锯与工件之间的接触长度的变化。以单颗磨粒的压入深度模型为基础，在磨粒均匀分布的假设下对线锯切割SiC的材料去除深度进行了量化处理，同时为后续的模型建立奠定基础。
　　对切割过程建立相应的数学模型，以单圈的切入深度作为循环变量，仿真计算得到在整个加工过程中切片半径、接触角度和接触弧长的变化趋势。最后与实验结果对比，分析在不同参数下，仿真模型与实验数据在半径，接触角度与接触弧长的误差。
　　结合接触弧长的数学模型，得到接触弧长的变化趋势。再通过切割力模型计算得到切割力的值，最后和实验对比分析，检验切割力模型的可靠性。
　　最后，将问题简单化，以线锯和工件接触为固定弧长的方型玻璃为试件，分析了切割过程中线锯和工件之间的切割力的变化，建立了固定弧长接触的切割力的模型，并进行了切割力的试验验证，进一步证明了本文所提出的模型的正确性。

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1 绪论

1.1 SiC切割研究的背景和意义

1.2 SiC切片技术研究现状

1.3 固着磨粒金刚石线锯切割SiC晶体研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 SiC切割过程工艺参数分析

2.1 主要影响因素分析

2.2 切割力建模

2.3 切割力模型参数确定

2.4 本章小结

3 接触弧长建模研究

3.1 切割过程接触弧长的成因分析

3.2 切割过程中接触弧长的产生

3.3 接触弧长模型修正

3.4 本章小结

4 SiC单晶片切割实验及分析

4.1 实验装置及实验设计

4.2 线锯速度及滚筒换向时间测量

4.3 接触弧长实验结果分析

4.4 由弧长导致的切割力实验和分析

4.5 本章小结

5 矩形玻璃切割建模研究

5.1 矩形玻璃切割力学模型

5.2 切割过程建模

5.3 切割力试验及分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与项目

参与项目

发表论文