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激光织构形状间距对单晶硅摩擦磨损特性的影响

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表面技术 2024年第11期53卷 127-139页

作者：周意皓陈文刚程家豪郭思良魏北朝袁浩恩 Dongyang Li 西南林业大学机械与交通学院昆明650224 云南省Dongyang Li院士工作站昆明650224 阿尔伯塔大学化学与材料工程系加拿大阿尔伯塔埃德蒙顿T6G 2H5

目的提高单晶硅的减摩耐磨性能。方法利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构。基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电... 详细信息

目的提高单晶硅的减摩耐磨性能。方法利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构。基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅表面织构的微观形貌和磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量,并计算磨损率,通过Ansys有限元软件模拟仿真试样表面应力和摩擦生热的温度分布。结果与无织构相比,刻蚀表面织构均能不同程度地降低试样的磨损率,磨损率从0.012 mm^(3)/(N·m)降至0.008 mm^(3)/(N·m);部分表面织构试样的摩擦因数下降,低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。仿真结果表明,织构试样的平均等效应力均大于无织构试样,在单晶硅试样表面加工织构会影响其表面整体性,容易出现应力集中现象;织构试样表面高于环境温度的区域面积小于无织构试样,且试样表面的最高温度与摩擦因数呈正相关。结论在单晶硅表面加工织构,可以有效提高试样的耐磨性能,合适的织构参数还能够降低摩擦因数。通过加工表面织构,一方面可以影响试样的整体性,另一方面能够改善试样的散热性能。

关键词：微织构单晶硅摩擦磨损激光加工摩擦因数磨损率摩擦生热

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单晶硅纳米磨削力热行为与亚表面损伤研究

现代制造工程 2024年第5期 80-85页

作者：吴珍珍乔书杰韩涛王浩昌张飘飘闫海鹏郑州财经学院智能工程学院郑州450000 河北科技大学机械工程学院石家庄050018

纳米磨削作为实现单晶硅低损伤加工的技术之一被逐渐应用于硅片减薄中,但磨削过程中的力热行为及其对亚表面损伤形成的影响机制仍不清楚;因此,通过分子动力学仿真手段对单晶硅纳米磨削时的力热行为和亚表面损伤之间的联系进行研究。结... 详细信息

纳米磨削作为实现单晶硅低损伤加工的技术之一被逐渐应用于硅片减薄中,但磨削过程中的力热行为及其对亚表面损伤形成的影响机制仍不清楚;因此,通过分子动力学仿真手段对单晶硅纳米磨削时的力热行为和亚表面损伤之间的联系进行研究。结果表明,单晶硅纳米磨削过程中切向磨削力对材料去除起主要作用,磨粒前下方区域的热量聚集和应力集中现象明显。在力热载荷作用下,非晶化和相变是单晶硅纳米磨削时亚表面损伤的主要形成机制。磨削力的增大会导致单晶硅去除过程中产生较大的亚表面损伤层,而一定的高温由于增强了单晶硅的韧性进而抑制了亚表面损伤层的形成。

关键词：单晶硅纳米磨削分子动力学力热行为亚表面损伤

单晶硅片的电化学-固结-游离磨料复合加工表面完整性

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半导体技术 2024年第6期49卷 549-554,560页

作者：黄宸黄丹丹王剑孙业荣鲍官培安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100

为解决金刚线固结磨料切割硅片中表面线痕较深等问题,提出了电化学-固结-游离磨料复合加工技术。通过实验对比固结磨料线锯切割和复合切割后硅片的表面形貌、表面平均粗糙度(Ra)和表面平整度(即总厚度变化(TTV)),评估复合加工对单晶硅... 详细信息

为解决金刚线固结磨料切割硅片中表面线痕较深等问题,提出了电化学-固结-游离磨料复合加工技术。通过实验对比固结磨料线锯切割和复合切割后硅片的表面形貌、表面平均粗糙度(Ra)和表面平整度(即总厚度变化(TTV)),评估复合加工对单晶硅片切割质量的影响。实验结果表明,复合加工技术的固结磨料刻滑-游离磨料剥落-电化学氧化材料去除复合机制使硅片表面的线痕明显减少。Ra和TTV也得到了明显改善,表面粗糙度曲线峰谷差从12.09μm降至4.21μm,Ra从1.20μm降至0.65μm,TTV从8.24μm降至6.46μm。基于本实验系统进一步开展电参数对比实验得出复合加工的最优电压为20 V。该复合加工方法能够有效改善切割硅片的表面质量,降低后续制绒工序的减薄量,进而降低生产成本。

关键词：单晶硅电化学反应固结磨料游离磨料复合加工表面质量

利用双磁极平面磁力研磨法对单晶硅表面的抛光实验研究

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机械科学与技术 2024年第6期43卷 1048-1055页

作者：杨燕珍孙旭李嘉旸邹世清傅永建龙岩学院物理与机电工程学院福建龙岩364012 福建省金龙稀土股份有限公司福建龙岩366300

为实现单晶硅表面平坦化,提出双磁极磁力研磨法(DMAF),并设计一套双磁极磁力研磨装置。探究双磁极磁力研磨法的加工机理,明确关键加工参数对单晶硅表面质量的影响,通过单因素对比实验对加工参数进行优化;利用ANSYS MAXWELL有限元软件,... 详细信息

为实现单晶硅表面平坦化,提出双磁极磁力研磨法(DMAF),并设计一套双磁极磁力研磨装置。探究双磁极磁力研磨法的加工机理,明确关键加工参数对单晶硅表面质量的影响,通过单因素对比实验对加工参数进行优化;利用ANSYS MAXWELL有限元软件,对传统平面磁力研磨法与双磁极磁力研磨法的磁场强度进行模拟仿真,对比两种方法在加工区域形成的磁感应强度,以实现定量分析磁性磨料粒子的研磨压力。基于单因素实验结果,确定了双磁极磁力研磨法对单晶硅片表面加工优化后的研磨参数:磨料组合为#200电解铁粉(Fe_(3)O_(4))+#8000白刚玉(White abrasive,WA),磁极间隙为12 mm,磁极转速为300 r/min,磨料质量比为3∶1。结果表明:在优化的研磨参数条件下,研磨60 min后的单晶硅片的平均表面粗糙度由初始的0.578μm降至8 nm,在研磨区域基本实现了镜面加工效果。仿真结果表明:与传统平面磁力研磨法相比,双磁极磁力研磨法可显著提高加工区域的磁感应强度,该研磨法所产生的磁场强度约为传统磁力研磨法的1.5倍。

关键词：双磁极磁力研磨法单晶硅表面平坦化研磨参数磁感应强度表面粗糙度

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直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望

材料导报 2024年第9期38卷 5-17页

作者：王正省任永生马文会吕国强曾毅詹曙陈辉王哲昆明理工大学冶金与能源工程学院东京大学材料工程学院合肥工业大学计算机与信息学院北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

碳达峰、碳中和理念提出后，太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。单晶硅作为主要的光伏材料，其质量决定着太阳能电池效率的高低，为了降低成本和提高产能，人们对单晶硅提出越来越高的要求。直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法，... 详细信息

碳达峰、碳中和理念提出后，太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。单晶硅作为主要的光伏材料，其质量决定着太阳能电池效率的高低，为了降低成本和提高产能，人们对单晶硅提出越来越高的要求。直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法，其生产效率高，可实现自动化，直拉单晶硅市场占比超过90%,目前正朝着大尺寸、N型、薄片化、低氧低碳的方向发展。然而随着晶棒尺寸增大，热场变化更加复杂，现有CZ工艺难以满足市场需求。未来降低度电成本仍是晶硅光伏发展的驱动力，应通过技术革新、产业标准化、成本控制等手段推动光伏产业发展。本文介绍了CZ法生长单晶硅的基本原理和生长工艺，分别对缺陷控制、热场优化、氧含量控制等进行了分析，在总结工艺现状和单晶生长特点的基础上对直拉法生长单晶硅的发展方向进行了展望。

关键词：直拉法单晶硅大尺寸薄片化热场太阳能

石墨烯类涂层和表面织构对单晶硅摩擦性能的影响

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功能材料 2024年第5期55卷 5222-5231页

作者：周意皓陈文刚程家豪袁浩恩郭思良魏北朝 Dongyang Li 西南林业大学机械与交通学院昆明650224 云南省Dongyang Li院士工作站昆明650224 Department of Chemical and Materials Engineering University of AlbertaT6G 2H5Canada

为了改善单晶硅的减摩耐磨性能,利用紫外激光加工技术在单晶硅表面刻蚀出不同形状的表面织构,并在织构上沉积石墨烯和氧化石墨烯涂层,通过MRTR-1摩擦磨损试验机研究表面织构和石墨烯类涂层对单晶硅在干摩擦条件下摩擦学性能的影响。利... 详细信息

为了改善单晶硅的减摩耐磨性能,利用紫外激光加工技术在单晶硅表面刻蚀出不同形状的表面织构,并在织构上沉积石墨烯和氧化石墨烯涂层,通过MRTR-1摩擦磨损试验机研究表面织构和石墨烯类涂层对单晶硅在干摩擦条件下摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅试样的微观形貌及磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量并计算磨损率。结果表明,与无织构试样相比,表面织构试样均能不同程度的降低磨损率,磨损率从0.012降至0.008以下;部分表面织构试样能够降低摩擦系数,摩擦系数低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。由于表面织构能起到收集磨屑,存储涂层碎片的作用,加上石墨烯类涂层特殊的物理特性,二者的结合作用能够有效改善单晶硅的摩擦性能,显著降低磨损率,保护材料。

关键词：表面织构单晶硅摩擦磨损石墨烯氧化石墨烯

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不同金属镀层单晶硅靶板的冲击受力特性

探测与控制学报 2024年第1期46卷 114-120页

作者：代锋琪刘双杰郝永平刘凤丽沈阳理工大学装备工程学院辽宁沈阳110159 沈阳理工大学机械工程学院辽宁沈阳110159

为了探究金属镀层对单晶硅靶板抗冲击性能的影响,建立了金属/单晶硅复合靶板理论分析模型,分析讨论了单晶硅靶板表面的最大应力与镀层材料动态屈服应力的关系,应用有限元法在LS-DYNA软件中对金属/单晶硅复合靶板进行瞬态动力学计算,得... 详细信息

为了探究金属镀层对单晶硅靶板抗冲击性能的影响,建立了金属/单晶硅复合靶板理论分析模型,分析讨论了单晶硅靶板表面的最大应力与镀层材料动态屈服应力的关系,应用有限元法在LS-DYNA软件中对金属/单晶硅复合靶板进行瞬态动力学计算,得到了不同金属镀层单晶硅靶板冲击受力后的力学响应。根据实验结果总结得到金属镀层对单晶硅靶板冲击受力具有一定的抗冲击效果,能够延迟和减弱出现在靶板正、背面的应力峰值,减小在靶板上产生的应力。

关键词：单晶硅复合靶板理论分析模型动态屈服应力动力学

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纳米划擦速度对单晶硅去除行为的影响

金刚石与磨料磨具工程 2024年第3期44卷 319-326页

作者：田海兰闫少华孙真真王浩昌闫海鹏郑州财经学院智能工程学院郑州450000 机械工业第六设计研究院有限公司智能制造工程院郑州450000 河北科技大学机械工程学院石家庄050018

单晶硅作为典型的硬脆材料在不同的划擦速度下会有不同的应变率,进而产生不同的材料去除行为,采用分子动力学从应变率角度研究不同划擦速度下材料的变形与去除过程。结果表明:划擦过程中随划擦速度由25 m/s增加到250 m/s,单晶硅的应变率... 详细信息

单晶硅作为典型的硬脆材料在不同的划擦速度下会有不同的应变率,进而产生不同的材料去除行为,采用分子动力学从应变率角度研究不同划擦速度下材料的变形与去除过程。结果表明:划擦过程中随划擦速度由25 m/s增加到250 m/s,单晶硅的应变率从1.25×10^(10) s^(−1)提高至1.25×10^(11) s^(−1),其划擦力、剪切应力和摩擦系数减小,划擦温度升高,且划擦表面的轮廓精度和粗糙度随划擦速度的增大而改善。划擦过程中的非晶化和相变是单晶硅纳米尺度变形的主要发生机制,剪切应力减小造成其亚表面损伤层深度由2.24 nm减小到1.89 nm,划擦温度升高导致其表面非晶层深度增加。

关键词：单晶硅纳米划擦分子动力学划擦速度应变率

离子束抛光对单晶硅表面质量影响的分子动力学模拟研究

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原子与分子物理学报 2024年 119-127页

作者：赵仕燕郭海林黄思玲张旭夏超翔王大森聂凤明裴宁李晓静中国兵器科学研究院宁波分院

离子束抛光作为一种超精密加工技术,被应用于材料表面抛光的精抛阶段,而其原子量级的去除效果使得它的加工过程与加工效果难以直接观察,因此为了能够从微观尺度研究离子束抛光的加工效果以及加工参数对材料表面粗糙度与表面损伤的影响,... 详细信息

离子束抛光作为一种超精密加工技术,被应用于材料表面抛光的精抛阶段,而其原子量级的去除效果使得它的加工过程与加工效果难以直接观察,因此为了能够从微观尺度研究离子束抛光的加工效果以及加工参数对材料表面粗糙度与表面损伤的影响,提出使用分子动力学模拟的方法研究离子束抛光过程,通过对氩离子轰击单晶硅的仿真模拟,分析加工参数对单晶硅表面粗糙度与晶格损伤的影响规律,指导实际的加工工艺设计.研究发现,在不同加工角度下,离子剂量对于表面粗糙度的影响规律不同,低角度(0°～40°)低剂量以及高角度(>50°)高剂量的加工有助于达到较低的表面粗糙度;随着加工角度的增加,离子束对晶体表面造成的损伤逐渐减少,当加工角度大于40°时能够大幅度减少晶格损伤.模拟结果显示在实际的离子束抛光过程中,为了得到高质量的表面,应该采取高角度高剂量的加工方式以达到既降低材料表面粗糙度又减小对材料表面晶格产生损伤的目的.

关键词：离子束抛光表面质量分子动力学单晶硅加工角度