单晶GaN纳米力学性能与切削特性试验研究

【目的】研究单晶GaN微纳米量级下的力学性能与切削特性,为微纳制造提供理论基础和数据支撑,也为半导体硬脆材料的超精密加工提供技术依据。【方法】通过纳米压入和变载、恒载纳米刻划试验,研究单晶GaN的纳米力学性能,分析其在变载纳米刻划过程中的材料去除机制,探讨恒载刻划参数对材料表面切削特性的影响。【结果】单晶GaN的硬度和弹性模量的均值分别为6.06、92.90 GPa,弹性回复率和弹性能回复率均随压入载荷的增加而降低;材料弹塑性转变与脆塑性转变的临界载荷分别约为390、1 200 mN;切削力与摩擦系数均随刻划速度、法向载荷的增加而增大。【结论】在390~1 200 mN法向载荷加载范围内,单晶GaN能够被塑性域去除,减少刻划过程中的脆性断裂损伤,提高加工表面的质量。