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《硅片激光彎曲成形的數(shù)值模擬與試驗》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、獨創(chuàng)性說明作者鄭重聲明：本碩士學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得研究成果．盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得大連理工大學(xué)或者其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料．與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意?！?op作者簽名：墮蘭壘日期：2塑：L2大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“大連理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意大連
2、理工大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：導(dǎo)師簽名：i璽竺叁絲縫退絲里年上月上日大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論激光是由受激輻射經(jīng)光放大形成的光輻射。激光技術(shù)是繼原子能和計算機之后，迅速發(fā)展起來的又一項重大新科技。目前，激光技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，其發(fā)展遠遠超過人的預(yù)想。在激光的應(yīng)用領(lǐng)域中，激光加工技術(shù)和設(shè)備以每年25％～3
3、0％的速度遞增，是各種加工技術(shù)中增長速度最快和最有競爭力的。由于激光束具有單色性、相干性、能量高度集中性等優(yōu)點，它已與計算機、生物工程、新型材料等構(gòu)成了新技術(shù)革命的先導(dǎo)。激光加工技術(shù)集光、機、電、材料等技術(shù)為一體，形成了激光加工理論與先進制造技術(shù)，在航空航天、微電子、精密加工、精確計算等領(lǐng)域展示了特有的優(yōu)勢IⅧ。1．1課題背景激光彎曲成形(LaserBending)是一種高效、潔凈的無模無外力成形工藝，具有生產(chǎn)周期短、柔性大、精度高等特點。該技術(shù)利用高能激光束以特定路徑掃描工件表面，借助非均勻溫度場產(chǎn)生的熱
4、應(yīng)力實現(xiàn)塑性成形。通過調(diào)整激光加工的各種工藝參數(shù)和選擇合適的掃描軌跡，可以成形任意形狀的彎曲件、異形件和其它復(fù)雜的三維曲面等零件，并能成形常溫下難變形材料。因此受到國內(nèi)外眾多學(xué)者及工程界的廣泛關(guān)注[4-71。與傳統(tǒng)成形相比，激光熱成形是一個復(fù)雜的瞬態(tài)熱彈塑性變形過程，涉及傳熱學(xué)、彈塑性力學(xué)、材料科學(xué)等多學(xué)科【¨¨。其加熱區(qū)域溫度瞬態(tài)變化很大，同時存在加熱與冷卻過程，使得局部的溫度、應(yīng)力和應(yīng)變在時間空間上劇烈變化。且伴隨著溫度變化，材料的力學(xué)性能與微觀組織也產(chǎn)生較大變化。深入分析激光熱變形的成形機理、溫度場和
5、變形規(guī)律，對于指導(dǎo)試驗，實現(xiàn)彎曲過程的精密控制有著重要的意義。單晶硅屬典型脆性材料，作為主要的半導(dǎo)體材料，不但具有良好的電子特性，而且具有很好的機械性能，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。而其三維微結(jié)構(gòu)元件主要通過刻蝕實現(xiàn)，因此都保留在原基體內(nèi)部，但如果利用硅的塑性在高溫下直接成形，則可將元件成形到基體外部，進一步擴大其應(yīng)用范圍。借助激光彎曲成形硅片是激光彎曲成形在脆性材料領(lǐng)域的新應(yīng)用，目前對于脆性材料的激光彎曲成形才剛剛起步【協(xié)塒，分析模擬脆性材料的激光彎曲過程，對于指導(dǎo)試驗，激光參數(shù)的選擇等意義重大。1．2激光彎曲
6、成形技術(shù)概述1．2．1激光彎曲成形工藝激光彎曲成形是基于材料的熱膨脹冷縮特性，利用高能激光束掃描工件表面，在熱作用區(qū)產(chǎn)生溫度梯度，引起超過材料屈服強度的內(nèi)應(yīng)力，使板材產(chǎn)生所需變形的一種成硅片激光彎曲成形的數(shù)值模擬及試驗形工藝。當(dāng)激光束相對于板材的運動軌跡為直線時，便得到v形彎曲件；當(dāng)運動軌跡不重復(fù)或為非直線時，便得到復(fù)合彎曲的異形件，如柱面件、盤形件、球形件及多種復(fù)雜形狀的三維異形件等【9，141。激光彎曲成形的基本過程如圖1．1所示：用適當(dāng)形狀和能量分布的激光束以一定速度沿一定軌跡掃描板材表面，使板材局部
7、瞬間加熱至高溫狀態(tài)，在熱作用區(qū)域內(nèi)板厚方向上產(chǎn)生明顯的溫度梯度。一次或多次掃描后板材即可獲得一定的彎曲形狀，循環(huán)往復(fù)地進行這種加熱和冷卻過程，并且在掃描時通過控制加工工藝參數(shù)(激光輸出能量、離焦量、掃描路徑、掃描速度等)改變每次的彎曲形狀，從而使板材得到所要求的彎曲形狀。該過程主要包括加熱和冷卻兩個階段【15。16l：Z圖1．1激光彎曲成形示意圖Fig．1．1mustrationoflaserdeformationprocess在加熱階段，當(dāng)高能量密度的激光束垂直照射到待彎曲板材的上表面時，照射處的溫度在極
8、短的時間內(nèi)急劇上升；同時沿厚度方向遠離上表面處的材料，由于沒有受到激光束的直接照射，其溫度在短時間內(nèi)無明顯變化，這樣被照射區(qū)域沿板材厚度方向就形成了強烈的溫度梯度。板材上下表面問溫差很大，致使板材上表面材料的膨脹量遠遠大于下表面，于是板材產(chǎn)生了背向激光束的彎曲。同時，在板材平面方向，被照射區(qū)周圍的冷態(tài)材料要限制被照射區(qū)的熱膨脹，使加熱部位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，隨著溫度的升高，一方面材料的屈服應(yīng)力迅速降低，一方面被照射區(qū)內(nèi)
