软脆晶体铌酸锂的磨削实验与数值模拟

发布时间：2017-09-21 21:25

  本文关键词：软脆晶体铌酸锂的磨削实验与数值模拟

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【摘要】：铌酸锂(LiNbO_3,LN)晶体是一种优异的压电材料,因其优异的铁电、介电、热电、电光等性能,被视为“光学硅”,在光导、声表面波等器件中应用相当广泛。但由于它的“软脆”特性,在机械加工时易于损伤,甚至断裂。伴随着相应产品的微型化和集成化,对晶片厚度与表面质量要求越来越高。所以针对铌酸锂晶体材料特性及应用要求,急需开发与之相适应的高效加工技术是具有非常重要的理论与工程意义。本文针对铌酸锂晶片进行了磨削减薄实验研究,通过优化加工工艺参数,获得了厚度为100μm的晶片。对铌酸锂磨削后的表面形貌和微观结构进行了表征分析,对铌酸锂的断裂现象进行了初步理论分析。最后通过仿真软件对铌酸锂晶片磨削加工进行了数值模拟分析。主要研究工作包括:(1)分析了压电材料的材料去除原理和铌酸锂晶片的压电效应和热电效应原理,并对压电材料断裂实验和理论进行了总结。(2)通过横向减薄磨削设备对铌酸锂晶片进行了磨削实验,并对铌酸锂晶片磨削减薄过程中发生的断裂现象进行了研究,得到了裂纹的产生与晶体结构的关系。(3)通过有限元模拟仿真铌酸锂晶片磨削,得到了晶片的变形云图、应力云图及表面的电位图。结果发现铌酸锂晶片在磨削至80μm的时候有对称的4个区域应力较大,这些区域是容易发生断裂的区域,并从压痕断裂力学的角度对实验中出现的断裂现象进行了理论分析。(4)通过耦合仿真模拟晶片磨削时施加外加电载荷时的应力场,发现加载电载荷后可以减弱铌酸锂晶片的应力集中程度,说明外加电载荷有益于降低断裂趋势。
【关键词】：铌酸锂晶片 磨削 有限元仿真 断裂
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;O786
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 铌酸锂晶片的物理特性及应用11-15
• 1.2.1 铌酸锂晶体的物理性质和基本结构11-12
• 1.2.2 铌酸锂晶体的生长方法12-14
• 1.2.3 铌酸锂晶体的应用14-15
• 1.3 压电材料的加工国内外研究现状15-17
• 1.4 铌酸锂晶体的加工国内外研究现状17-21
• 1.4.1 化学机械抛光19-20
• 1.4.2 键合减薄20-21
• 1.5 本课题的研究内容21-24
• 1.5.1 主要研究内容21-22
• 1.5.2 技术路线22-24
• 第2章 压电材料去除原理和断裂理论分析24-34
• 2.1 压电材料的去除原理24-25
• 2.2 压电材料的压电方程和热力学方程25-29
• 2.2.1 压电材料的压电方程25-28
• 2.2.2 压电材料的热力学方程28-29
• 2.3 压电材料的断裂理论分析29-32
• 2.3.1 压电材料断裂问题的实验研究29-30
• 2.3.2 断裂准则30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 铌酸锂晶体磨削减薄实验研究34-52
• 3.1 铌酸锂晶体磨削实验的准备34-38
• 3.1.1 磨削设备和试样34-36
• 3.1.2 磨削液的配制36-37
• 3.1.3 机械磨削流程37-38
• 3.2 铌酸锂晶片SEM测试分析38-43
• 3.2.1 测试设备38-39
• 3.2.2 表面形貌SEM分析39-43
• 3.3 铌酸锂晶片表面的成份和TEM测试分析43-50
• 3.3.1 铌酸锂晶片表面成份分析43-44
• 3.3.2 铌酸锂晶片TEM测试分析44-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 铌酸锂磨削的COMSOL Multiphysics有限元分析52-68
• 4.1 COMSOL Multiphysics软件介绍52-53
• 4.2 压电本构方程和铌酸锂晶片的参数选择53-54
• 4.3 铌酸锂晶片磨削的耦合场分析54-62
• 4.3.1 铌酸锂晶片模型的建立54-55
• 4.3.2 铌酸锂晶片耦合场分析55-62
• 4.4 铌酸锂晶片的瞬态分析62-66
• 4.4.1 铌酸锂晶片模型的建立62-63
• 4.4.2 铌酸锂晶片瞬态分析63-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第5章 总结与展望68-70
• 5.1 本文总结68
• 5.2 创新点68
• 5.3 课题展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果76

【参考文献】

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本文编号：896969