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4H-SiC单晶单砂粒磨削塑性变形和裂纹形成的分子模拟
International Journal of Mechanical Sciences ( IF 7.1 ) Pub Date : 2023-01-15 , DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108147
Shang Gao , Haoxiang Wang , Han Huang , Renke Kang
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更新日期:2023-01-15
International Journal of Mechanical Sciences ( IF 7.1 ) Pub Date : 2023-01-15 , DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108147
Shang Gao , Haoxiang Wang , Han Huang , Renke Kang
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碳化硅 (SiC) 是一种很有前途的用于高性能电力电子设备的半导体材料,但难以加工。开发具有成本效益的 SiC 晶圆加工技术需要全面了解金刚石砂粒与工件材料之间的相互作用。这项工作使用分子动力学 (MD) 模拟系统地研究了单晶 4H-SiC 的变形和裂纹形成。首次揭示了单晶 4H-SiC 中裂纹萌生和扩展的机制。我们的模拟结果表明,塑性变形早期的亚表面损伤是由非晶化和位错萌生引起的。随着渗透的进行,形成滑移带。塑性变形后期滑移带的延伸是裂纹萌生的原因。应力分析表明,平行于划痕方向和垂直于划痕平面的拉应力是金刚石磨粒前方裂纹萌生的驱动力,而垂直于划痕平面的拉应力是金刚石磨粒下方裂纹萌生的原因砂砾。两条裂纹的扩展均由裂纹尖端的最大主应力驱动,扩展方向取决于最大主应力的方向。应力分析表明,平行于划痕方向和垂直于划痕平面的拉应力是金刚石磨粒前方裂纹萌生的驱动力,而垂直于划痕平面的拉应力是金刚石磨粒下方裂纹萌生的原因砂砾。两条裂纹的扩展均由裂纹尖端的最大主应力驱动,扩展方向取决于最大主应力的方向。应力分析表明,平行于划痕方向和垂直于划痕平面的拉应力是金刚石磨粒前方裂纹萌生的驱动力,而垂直于划痕平面的拉应力是金刚石磨粒下方裂纹萌生的原因砂砾。两条裂纹的扩展均由裂纹尖端的最大主应力驱动,扩展方向取决于最大主应力的方向。

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