搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

单晶硅纳米切削中CC键断裂对金刚石刀具磨损的影响

王治国 张鹏 陈家轩 白清顺 梁迎春

单晶硅纳米切削中CC键断裂对金刚石刀具磨损的影响

王治国, 张鹏, 陈家轩, 白清顺, 梁迎春
PDF
导出引用
  • 本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅, 从刀具的弹塑性变形、CC键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析, 采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子. 模拟结果表明: 在纳米切削过程中, 金刚石刀具表层CC键的断裂使其两端碳原子由sp3杂化转变为sp2杂化, 同时, 表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp2杂化碳原子所构成的区域发生平整, 由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构, 导致金刚石刀具发生磨损; 刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形, CC键键能随之减弱, 在高温和高剪切应力的作用下, 极易发生断裂; 在切削刃的棱边上, 由于表面碳原子的配位严重不足, 断开较少的CC键就可以使表面6 元环中碳原子的配位数都小于4, 导致金刚石刀具发生石墨化磨损.
      通信作者: 张鹏, zphit@hit.edu.cn
    • 基金项目: 中国博士后科学基金 (批准号: 2013M541362)和黑龙江省自然科学基金 (批准号: E201308)资助的课题.
    [1]

    Narulkar R, Bukkapatnam S, Raff L M, Komanduri R 2009 Comp. Mater. Sci. 45 358

    [2]

    Hu M H, Bi N, Li S S, Su T C, Zhou A G, Hu Q, Jia X P, Ma H A 2015 Chin. Phys. B 24 038101

    [3]

    Fang F Z, Zhang G X 2003 Int. J. Adv. Manuf. Technol. 22 703

    [4]

    Yan J W, Asami T, Harada H, Kuriyagawa T 2012 Ann. CIRP 61 131

    [5]

    Yan J W, Zhang Z Y, Kuriyagawa T 2009 Int. J. Mach. Tool Manu. 49 366

    [6]

    Yan J W, Syoji K, Tamaki J 2003 Wear 255 1380

    [7]

    Uddin M S, Seah K H W, Li X P, Rahman M, Liu K 2004 Wear 257 751

    [8]

    Zong W J, Sun T, Li D, Cheng K, Liang Y C 2008 Int. J. Mach. Tool Manu. 48 1678

    [9]

    Cheng K, Luo X, Ward R, Holt R 2003 Wear 255 1427

    [10]

    Li X P, He T, Rahman M 2005 Wear 259 1207

    [11]

    Jia P, Zhou M 2012 Chin. J. Mech. Eng-En. 25 1224

    [12]

    Yang N, Zong W J, Li Z Q, Sun T 2015 Int. J. Adv. Manuf. Technol. 77 1029

    [13]

    Zong W J, Zhang J J, Liu Y, Sun T 2014 Appl. Surf. Sci. 316 617

    [14]

    Goel S, Luo X C, Reuben R L 2013 Tribol. Int. 57 272

    [15]

    Cao S Y 2013 M. S. Thesis (Qinghuangdao: Yanshan University) (in Chinese) [曹思宇 2013 硕士学位论文 (秦皇岛: 燕山大学)]

    [16]

    Zong W J, Li Z Q, Sun T, Li D, Cheng K 2010 J. Mater. Process. Tech. 210 858

    [17]

    Tersoff J 1988 Phys. Rev. B 37 6991

    [18]

    Cai M B, Li X P, Rahman M 2007 Wear 263 1459

    [19]

    [2014]

    [20]

    Yan J W, Asami T, Harada H, Kuriyagawa T 2009 Precis. Eng. 33 378

    [21]

    Kuznetsov V L, Zilberberg I L, Butenko Y V, Chuvilin A L, Segall B 1999 J. Appl. Phys. 86 863

    [22]

    Gogotsi Y G, Kailer A, Nickel K G 1999 Nature 401 663

    [23]

    Chacham H, Kleinman L 2000 Phys. Rev. Lett. 85 4904

    [24]

    Liu F B, Wang J D, Chen D R, Zhao M, He G P 2010 Acta Phys. Sin. 59 6556(in Chinese) [刘峰斌, 汪家道, 陈大融, 赵明, 何广平 2010 物理学报 59 6556]

    [25]

    Gilman J J 1995 Czech. J. Phys. 45 913

    [26]

    Shamsa M, Liu W L, Balandin A A, Casiraghi C, Milne W I, Ferrari A C 2006 Appl. Phys. Lett. 89 161921

    [27]

    Li L S, Zhao X 2011 J. Chem. Phys. 134 044711

    [28]

    Qin Y H, Tang C, Zhang C X, Meng L J, Zhong J X 2015 Acta Phys. Sin. 64 016804(in Chinese) [覃业宏, 唐超, 张春小, 孟利军, 钟键新 2015 物理学报 64 016804]

    [29]

    Ge Y F, Xu J H, Yang H 2010 Wear 269 699

    [30]

    Zhang J G 2010 M. S. Thesis (Harbin: Harbin Institue of Technology) (in Chinese) [张建国 2010 硕士学位论文 (哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [31]

    Gippius A A, Khmelnitsky R A, Dravin V A, Khomich A V 2001 Physica B 308-310 573

  • [1]

    Narulkar R, Bukkapatnam S, Raff L M, Komanduri R 2009 Comp. Mater. Sci. 45 358

    [2]

    Hu M H, Bi N, Li S S, Su T C, Zhou A G, Hu Q, Jia X P, Ma H A 2015 Chin. Phys. B 24 038101

    [3]

    Fang F Z, Zhang G X 2003 Int. J. Adv. Manuf. Technol. 22 703

    [4]

    Yan J W, Asami T, Harada H, Kuriyagawa T 2012 Ann. CIRP 61 131

    [5]

    Yan J W, Zhang Z Y, Kuriyagawa T 2009 Int. J. Mach. Tool Manu. 49 366

    [6]

    Yan J W, Syoji K, Tamaki J 2003 Wear 255 1380

    [7]

    Uddin M S, Seah K H W, Li X P, Rahman M, Liu K 2004 Wear 257 751

    [8]

    Zong W J, Sun T, Li D, Cheng K, Liang Y C 2008 Int. J. Mach. Tool Manu. 48 1678

    [9]

    Cheng K, Luo X, Ward R, Holt R 2003 Wear 255 1427

    [10]

    Li X P, He T, Rahman M 2005 Wear 259 1207

    [11]

    Jia P, Zhou M 2012 Chin. J. Mech. Eng-En. 25 1224

    [12]

    Yang N, Zong W J, Li Z Q, Sun T 2015 Int. J. Adv. Manuf. Technol. 77 1029

    [13]

    Zong W J, Zhang J J, Liu Y, Sun T 2014 Appl. Surf. Sci. 316 617

    [14]

    Goel S, Luo X C, Reuben R L 2013 Tribol. Int. 57 272

    [15]

    Cao S Y 2013 M. S. Thesis (Qinghuangdao: Yanshan University) (in Chinese) [曹思宇 2013 硕士学位论文 (秦皇岛: 燕山大学)]

    [16]

    Zong W J, Li Z Q, Sun T, Li D, Cheng K 2010 J. Mater. Process. Tech. 210 858

    [17]

    Tersoff J 1988 Phys. Rev. B 37 6991

    [18]

    Cai M B, Li X P, Rahman M 2007 Wear 263 1459

    [19]

    [2014]

    [20]

    Yan J W, Asami T, Harada H, Kuriyagawa T 2009 Precis. Eng. 33 378

    [21]

    Kuznetsov V L, Zilberberg I L, Butenko Y V, Chuvilin A L, Segall B 1999 J. Appl. Phys. 86 863

    [22]

    Gogotsi Y G, Kailer A, Nickel K G 1999 Nature 401 663

    [23]

    Chacham H, Kleinman L 2000 Phys. Rev. Lett. 85 4904

    [24]

    Liu F B, Wang J D, Chen D R, Zhao M, He G P 2010 Acta Phys. Sin. 59 6556(in Chinese) [刘峰斌, 汪家道, 陈大融, 赵明, 何广平 2010 物理学报 59 6556]

    [25]

    Gilman J J 1995 Czech. J. Phys. 45 913

    [26]

    Shamsa M, Liu W L, Balandin A A, Casiraghi C, Milne W I, Ferrari A C 2006 Appl. Phys. Lett. 89 161921

    [27]

    Li L S, Zhao X 2011 J. Chem. Phys. 134 044711

    [28]

    Qin Y H, Tang C, Zhang C X, Meng L J, Zhong J X 2015 Acta Phys. Sin. 64 016804(in Chinese) [覃业宏, 唐超, 张春小, 孟利军, 钟键新 2015 物理学报 64 016804]

    [29]

    Ge Y F, Xu J H, Yang H 2010 Wear 269 699

    [30]

    Zhang J G 2010 M. S. Thesis (Harbin: Harbin Institue of Technology) (in Chinese) [张建国 2010 硕士学位论文 (哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [31]

    Gippius A A, Khmelnitsky R A, Dravin V A, Khomich A V 2001 Physica B 308-310 573

  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  1965
  • PDF下载量:  124
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-04-08
  • 修回日期:  2015-07-09
  • 刊出日期:  2015-10-05

单晶硅纳米切削中CC键断裂对金刚石刀具磨损的影响

  • 1. 哈尔滨工业大学机电工程学院, 哈尔滨 150001
  • 通信作者: 张鹏, zphit@hit.edu.cn
    基金项目: 

    中国博士后科学基金 (批准号: 2013M541362)和黑龙江省自然科学基金 (批准号: E201308)资助的课题.

摘要: 本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅, 从刀具的弹塑性变形、CC键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析, 采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子. 模拟结果表明: 在纳米切削过程中, 金刚石刀具表层CC键的断裂使其两端碳原子由sp3杂化转变为sp2杂化, 同时, 表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp2杂化碳原子所构成的区域发生平整, 由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构, 导致金刚石刀具发生磨损; 刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形, CC键键能随之减弱, 在高温和高剪切应力的作用下, 极易发生断裂; 在切削刃的棱边上, 由于表面碳原子的配位严重不足, 断开较少的CC键就可以使表面6 元环中碳原子的配位数都小于4, 导致金刚石刀具发生石墨化磨损.

English Abstract

参考文献 (31)

目录

    /

    返回文章
    返回