Dépendance de l’anisotropie de l’évolution des dommages et de l’enlèvement de matière lors du nanograttage des monocristaux de MgF₂

2 induit par la nanorayure, et distribution du champ de contrainte normalisé dans les plans YOZ et XOZ lorsque l’élimination fragile s’est produite dans le processus de rayure. Les fissures médianes induites par les contraintes de traction initiées et propagées à l’avant du pénétrateur pendant le processus de chargement, et les fissures latérales induites par les contraintes de traction initiées et propagées sur le sous-sol pendant le processus de déchargement. La contrainte de traction lors du déchargement peut provoquer une rupture par clivage du monocristal de MgF₂, induisant l’initiation de fissures radiales à la surface de la pièce. Crédit : International Journal of Extreme Manufacturing (2022). DOI : 10.1088/2631-7990/ac9eed” width=”800″ height=”342″/>

L’équipe de recherche, dirigée par A/Prof. Chen Li du State Key Laboratory of Robotics and System (HIT), Harbin Institute of Technology, Chine, a montré la dépendance à l’anisotropie de l’évolution des dommages et des comportements d’élimination impliqués dans l’usinage ultra-précis du MgF₂ cristaux en termes de champ de contrainte, de déformation par glissement et de rupture par clivage.

Publié dans le Journal international de la fabrication extrêmeleurs découvertes fournissent non seulement une base théorique pour la réalisation du traitement à haut rendement et à faible dommage des monocristaux anisotropes, mais sont également d’une grande importance pour la réalisation de la production industrielle à grande échelle et l’application de composants cristallins anisotropes, tels que les fenêtres infrarouges , des résonateurs et des plaquettes de puce.

L’anisotropie a considérablement affecté l’évolution de l’endommagement dans l’usinage du MgF₂ monocristaux. La rayure du plan cristallin (001) le long de la [100] l’orientation cristalline s’est avérée la plus propice à la réalisation de l’usinage plastique du MgF₂ monocristaux.

Un modèle de champ de contrainte induit par la rayure a été développé en considérant l’anisotropie, ce qui indique que les fissures médianes induites par la contrainte de traction initiées et propagées à l’avant du pénétrateur pendant le processus de chargement, et les fissures latérales induites par la contrainte de traction initiées et propagées sur le sous-sol pendant le processus de déchargement. De plus, des fissures radiales de surface induites par la contrainte de traction ont été facilement générées pendant le processus de déchargement.

Le paramètre de déformation plastique a indiqué que plus les systèmes de glissement étaient activés, plus la déformation plastique se produisait facilement. Le paramètre de fracture de clivage a indiqué que les fissures se sont propagées le long des plans de clivage activés et que l’élimination des morceaux fragiles était due aux fissures de clivage souterraines se propageant à la surface du cristal. Les résultats théoriques concordaient bien avec les résultats expérimentaux.

L’un des principaux chercheurs, le professeur Feihu Zhang, a commenté : « MgF₂ les cristaux sont des matériaux typiques difficiles à usiner en raison de leur anisotropie mécanique distincte et de leur fragilité élevée, ce qui réduira considérablement la précision de service et la durée de vie des composants en cristal. Les investigations récentes de l’usinage du MgF₂ monocristaux axés sur les propriétés mécaniques et les tests de processus de coupe à une micro-échelle. L’évolution des dommages et les mécanismes d’enlèvement de matière induits par l’usinage d’ultra-précision n’ont pas été bien révélés.”

Moins d’investigations ont analysé systématiquement la dépendance à l’anisotropie des comportements de déformation et d’enlèvement du matériau à l’échelle nanométrique impliqués dans l’usinage d’ultra-précision du MgF₂ monocristaux. Premier auteur A/Prof. Le Dr Chen Li a expliqué : “Dans notre travail, l’évolution des dommages et les mécanismes d’élimination du MgF₂ les cristaux induits par le nanoscratch ont été révélés en termes de champ de contrainte, de déformation par glissement et de fracture par clivage.”

Le professeur Yanquan Geng a souligné que ce travail a obtenu l’orientation optimale lors de l’usinage ultra-précis du MgF₂ cristaux basés à la fois sur l’analyse théorique et l’investigation expérimentale, ce qui était d’une grande importance pour réaliser l’usinage plastique sans fissure de matériaux fragiles anisotropes.

Le Dr Chen Li a déclaré : « Il s’agit d’une réalisation marquante et ce n’est que le début. Nous cherchons déjà à utiliser cette technique pour révéler d’autres cristaux fragiles avec une anisotropie distincte, et réaliser la production industrielle à grande échelle et l’application de composants cristallins anisotropes. , tels que les fenêtres infrarouges, les résonateurs et les plaquettes de puce. »

Fourni par International Journal of Extreme Manufacturing