PDF《超精密车削单晶锗表面性能分析》

修订日期:2019-01-13. 作者简介:石广丰(1981-),男,副教授,博士,主要从事超精密加工技术相关方面研究.E-mail:shiguangfeng@cust.edu.cn.? 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51405031,51575057);

吉林省科技厅计划项目(20170101124JC,20180414068GH).? 第41 卷第3期Vol.41 No.3 2019年3月 石广丰等: 超精密车削单晶锗表面性能分析 Mar.

2019 209 检测结果来表征其表层的位错密度[10] . 国内外大多数 学者对单晶锗加工表面的评价主要集中在面形精度 方面,对加工表面下的表层位错密度变化鲜有研究, 因此有必要对不同车削厚度单晶锗表面的位错密度 进行分析[11-12] ,对单晶锗加工面的表面粗糙度及表层 的位错及晶面间距变化情况进行针对性评价,才能全 面地评价单晶锗加工后的表面性能.

1 超精密车削单晶锗平面试验方法 单晶锗的(111)晶面是重要的光学功能表面, 也是解理面,在切削的过程中容易发生解理破坏,切 削最易失败.利用 Nanoform

700 ultra 单点金刚石车 床对单晶锗的(111)晶面进行车削.选用的金刚石 刀具参数为: 刀尖圆弧半径 1.15 mm, 刀具前角-25?, 刀具后角 10?.通过计算机程序控制,在同一单晶锗 (111) 晶面上采用相同切削深度、

3 次不同进给量 (等 径长车削距离) 进行超精密连续车削试验, 如图 1(a). 加工参数如表

1 所示.车削后的单晶锗表面会呈现不 同的形貌,如图 1(b)所示. (a) 分区车削试验方法 (a) Partition turning test method (b) 车削后的表面形貌 (b) Surface topography after turning 图1超精密车削单晶锗(111)晶面试验 Fig.1 Ultra-precision turning of single crystal germanium (111) crystal plane test 图1(a)的最外环对应图 1(b)的第

3 区,即单晶锗 (111)晶面的最外环加工表面;

第2区代表中间环形 区域与最外层圆环所夹的圆环的加工表面;

1 区代表 中间的圆形区域内的加工表面.一般,普通光学照片 中呈现黑暗底色的区域为塑性变形区;

较白亮的区域 为解理断裂区,但是在光学显微镜中亮暗特征关系正 好相反 [6] .图1(b)照片中心的

1 区加工表面以黑暗底 色为主,因此初步判断其材料去除方式主要为塑性变 形,而

2、3 区加工表面呈现不太明显的明暗相间的 环扇形分布区. 表1加工参数选择 Table

1 Processing parameter selection Cutting amount Processing area

1 2

3 Feed rate/(?m/r)

6 8

10 Cutting depth/?m

10 10

10 1.1 车削后的表面粗糙度测量分析 采用VEECO 1100表面粗糙度轮廓仪进行车削厚 度单晶锗(111)晶面的表面粗糙度测量,测量结果 如图 2~图4所示.图2(a)~图4(a)为3个区域中脆 性变形区(较白亮区)的表面粗糙度测量结果,图2(b)~图4(b)分别为与前述测量结果相同径长处塑性 变形区的表面粗糙度测量结果.可见不同分区的脆性 变形区的平均粗糙度 Ra 均大于塑性变形区平均粗糙 度Ra 值,而图

4 的两张数值十分相近,从图

2 到图

4 表面粗糙度的数值有逐渐减小的趋势. (a) 脆性变形区 (a) Brittle deformation zone (b) 塑性变........