軟脆晶體鈮酸鋰的磨削實驗與數(shù)值模擬.pdf

1、鈮酸鋰(LiNbO3，LN)晶體是一種優(yōu)異的壓電材料，因其優(yōu)異的鐵電、介電、熱電、電光等性能，被視為“光學(xué)硅”，在光導(dǎo)、聲表面波等器件中應(yīng)用相當廣泛。但由于它的“軟脆”特性，在機械加工時易于損傷，甚至斷裂。伴隨著相應(yīng)產(chǎn)品的微型化和集成化，對晶片厚度與表面質(zhì)量要求越來越高。所以針對鈮酸鋰晶體材料特性及應(yīng)用要求，急需開發(fā)與之相適應(yīng)的高效加工技術(shù)是具有非常重要的理論與工程意義。
　　本文針對鈮酸鋰晶片進行了磨削減薄實驗研究，通過優(yōu)化加工

2、工藝參數(shù)，獲得了厚度為100μm的晶片。對鈮酸鋰磨削后的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)進行了表征分析，對鈮酸鋰的斷裂現(xiàn)象進行了初步理論分析。最后通過仿真軟件對鈮酸鋰晶片磨削加工進行了數(shù)值模擬分析。主要研究工作包括：
　?。?）分析了壓電材料的材料去除原理和鈮酸鋰晶片的壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)原理，并對壓電材料斷裂實驗和理論進行了總結(jié)。
　　（2）通過橫向減薄磨削設(shè)備對鈮酸鋰晶片進行了磨削實驗，并對鈮酸鋰晶片磨削減薄過程中發(fā)生的斷裂現(xiàn)象進行了研

3、究，得到了裂紋的產(chǎn)生與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
　?。?）通過有限元模擬仿真鈮酸鋰晶片磨削，得到了晶片的變形云圖、應(yīng)力云圖及表面的電位圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈮酸鋰晶片在磨削至80μm的時候有對稱的4個區(qū)域應(yīng)力較大，這些區(qū)域是容易發(fā)生斷裂的區(qū)域，并從壓痕斷裂力學(xué)的角度對實驗中出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象進行了理論分析。
　?。?）通過耦合仿真模擬晶片磨削時施加外加電載荷時的應(yīng)力場，發(fā)現(xiàn)加載電載荷后可以減弱鈮酸鋰晶片的應(yīng)力集中程度，說明外加電載荷有益于降低斷裂