分子動力学法によるナノ切削機構の原子論的アプローチに関する研究

利用分子动力学方法研究纳米切削机理的原子方法

基本信息

批准号：
07750125
负责人：
柴田隆行
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

銅単結晶およびシリコン単結晶の超精密切削実験を行い、透過型電子顕微鏡によって加工変質層を結晶学的に解析した。また、分子動力学法によるナノ切削シミュレーターを開発し、原子レベルでの材料の変形挙動を動的に観察した。切削実験および計算機シミュレーションから得られた知見に基づいて、ナノ切削機構を考察した。得られた結果をまとめると次のとおりである。(1)銅単結晶のナノ切削機構(1)すべり面をすべり方向に切削した場合の変形は,主に切削面と平行なすべり面の活動によって起こる.このため,切削面表層では積層不整が起こるが,結晶の回転はほとんど起こらない.(2)上記(1)以外の結晶方位に切削した場合には,切削面表層で結晶の回転が起こる.さらに,結晶の回転は細長い結晶粒を単位として起こり,(110)面を[110]方向に切削した場合のように,切削方向とすべり方向が同じときには結晶粒の長手方向と切削方向とは一致する.(3)切削面の変形機構は結晶方位によって大きく異なるが,切込み量が微小な超精密切削においては,このような変形は表面あらさなどの切削面性状の違いとしては現れない.(4)加工変質層は結晶方位によらず、表層の微細多結晶層と切削面に平行なトルセル組織の層状構造からなる。(5)切削初期段階の変形挙動に関してシミュレーション結果と実験結果に整合性が認められた。これにより、微小領域での材料の変形挙動の動的観察が可能となった。(2)シリコン単結晶のナノ切削機構(1)加工変質層は表層のアモルファス層と内部の転位層からなる。また、流れ型の切りくずが得られる場合には、その構造は完全なアモルファス相となっている。(2)内部に導入される転位は、被削材の結晶方位および工具形状に依存する。(3)微小領域での脆性-延性遷移はすべり変形の起こり易さに大きく依存する。(4)上記(3)の結果に基づき、すべり変形の起こり易さを数値化するためのSlip modelを提案し、結晶方位に依存する脆性-延性遷移点の違いを予測可能とした。(5)銅単結晶の計算機シミュレーションとシリコンの切削実験の間の相関を見いだし、すべり変形の動的観察の結果に基づき、工具形状(すくい角)に依存する脆性-延性遷移点の違いを明らかにした。

进行了铜晶体和硅单晶的超精确切割实验，并通过透明的电子显微镜分析了加工后的劣化层。此外，通过动态观察到了通过分子现代定律的纳米切割模拟器的发展，并且动态观察到了原子水平的材料的行为。根据切割实验和计算机模拟获得的知识，考虑了纳米切割机制。获得的结果如下。（1）当滑动表面在滑动方向的方向上切割时（1）滑动表面的变形主要是由滑动表面活动引起的）切割到上面（1）以外的晶体方向时，晶体旋转发生在切割表面层中。切割表面的机理与晶体的纵向方向相匹配，而在滑动方向相同时，切割方向却有很大的变化。作为切割表面区域（例如表面区域）的差异。（5）在切割早期阶段的变形行为中识别出模拟和实验结果。结果，可以观察微观区域材料的转化行为。（2）硅单晶纳米切割机理（1）处理后的层由表面层的表面层和内部位移层组成。另外，如果获得了流动切割的欢迎，则其结构是一个完整的无定形相。（2）内部引入的收敛取决于涂层材料的晶体方向和工具形状。（3）微观区域扩展过渡的发明在很大程度上取决于滑动变形的易于性。（4）基于上述（3）的结果，提出了一个滑动模型来量化幻灯片变形的易度性，并且脆性扩张过渡点的差异取决于晶体方向。（5）发现了铜晶体计算机的仿真与硅的切割实验之间的相关性，并且基于滑动动态观察的结果，变形过渡点的差异取决于刀具形状（scooping（scooping）角度）。