考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真

中国机械工程 ›› 2013, Vol. 24 ›› Issue (10): 1284-1288,1295.

考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真

郭晓光;张亮;金洙吉;郭东明

大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连,116021

出版日期:2013-05-25 发布日期:2013-05-28
基金资助:
国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目(2011CB706703);国家自然科学基金资助项目(50905025)
National Program on Key Basic Research Project (973 Program)（No. 2011CB706703）;
National Natural Science Foundation of China（No. 50905025）

Molecular Dynamics Simulation in Vacancy Defect Monocrystal Silicon Nanometric Grinding

Guo Xiaoguang;Zhang Liang;Jin Zhuji;Guo Dongming

Key Laboratory for Precision & Non-traditional Machining of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian,Liaoning,116021

Online:2013-05-25 Published:2013-05-28
Supported by:

National Program on Key Basic Research Project (973 Program)（No. 2011CB706703）;
National Natural Science Foundation of China（No. 50905025）

摘要/Abstract

摘要：

基于第一性原理，构建并验证了考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真模型。通过磨削过程的分子动力学仿真计算，从原子空间角度分析了单晶硅纳米级磨削过程中原子瞬间位置变化、温度波动、作用力大小和势能波动等变化，解释了纳米级超精密磨削过程中材料的去除过程，描述了切屑形成过程和加工表面形成机理。分析了空位缺陷对加工过程和表面质量的影响，并对空位在仿真过程中的作用进行了研究。

关键词: 空位缺陷, 纳米级磨削, 分子动力学仿真, 单晶硅

Abstract:

Based on the first principles,a molecular dynamics model of the grinding process of vacancy defect monocrystal silicon was built and verified.The instantaneous distribution of atoms,the temperature,the grinding force,and the potential energy in atomic scale were analyzed.Then the micro-scale mechanism of the grinding process was explained,and the chip formation process and the machined surface formation mechanism were described.The impact of vacancy on processing process and surface quality was analyzed and the effect of vacancy was also investigated during the simulation process.

Key words: vacancy defect, nanometric grinding, molecular dynamics(MD) simulation, monocrystal silicon

中图分类号:

TG580.1

郭晓光, 张亮, 金洙吉, 郭东明. 考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真[J]. 中国机械工程, 2013, 24(10): 1284-1288,1295.

GUO Xiao-Guang, ZHANG Liang, JIN Zhu-Ji, GUO Dong-Meng. Molecular Dynamics Simulation in Vacancy Defect Monocrystal Silicon Nanometric Grinding[J]. China Mechanical Engineering, 2013, 24(10): 1284-1288,1295.

[1]	闫艳燕, 王润兴, 赵波. 金刚石飞切单晶硅的切削力模型及试验研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(04): 507-512.
[2]	郭晓光, 张亮, 金洙吉, 郭东明. 分子动力学仿真过程中硅晶体位错模型的构建[J]. 中国机械工程, 2013, 24(17): 2285-2289.
[3]	刘志东, 鲁, 清, 邱明波, 田宗军, 黄因慧. 单晶硅电火花铣削电极表面覆盖效应研究 [J]. 中国机械工程, 2012, 23(2): 208-211.
[4]	周海兰, 赵永武, 陈晓春, 王永光. 干摩擦和水润滑条件下单晶硅的摩擦磨损性能研究[J]. 中国机械工程, 2012, 23(14): 1738-1741.
[5]	高连, 刘志东, 邱明波, 田宗军, 汪炜. 电火花线切割单晶硅变质层与裂纹分析 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(9): 1090-1095.
[6]	李健, 刘志东, 邱明波, 田宗军, 汪炜. 单晶硅放电蚀除机理研究及有限元分析 [J]. 中国机械工程, 2010, 21(7): 847-851.
[7]	朱祥龙, 康仁科, 董志刚, 郭东明. 单晶硅片超精密磨削技术与设备 [J]. 中国机械工程, 2010, 21(18): 2156-2164.
[8]	姜胜强, 谭援强, 李才, 杨冬民. 单晶硅力学性能及尺寸效应的离散元模拟 [J]. 中国机械工程, 2010, 21(05): 589-594.
[9]	高玉飞;葛培琪;李绍杰;侯志坚;. 单晶硅线锯切片亚表层损伤层厚度预测与测量[J]. J4, 2009, 20(14): 0-16391642.
[10]	张段芹;褚金奎;侯志武;王立鼎;;. 一种片外驱动微拉伸测量技术研究[J]. J4, 2009, 20(07): 0-881.
[11]	郭晓光;郭东明;康仁科;金洙吉;. 单晶硅纳米级磨削过程的理论研究[J]. J4, 2008, 19(23): 0-2897.
[12]	高玉飞;葛培琪;赵慧利;张磊;. null[J]. J4, 2008, 19(22): 0-2649.
[13]	谭援强;杨冬民;李才;盛勇;. 单晶硅加工裂纹的离散元仿真研究[J]. J4, 2008, 19(21): 0-2524.