周 海 张杰群 徐亚萌 沈军州 黄梦蝶

盐城工学院机械工程学院，盐城，224051

0 引言

单晶氧化镓(β-Ga2O3)是近年来备受关注的第四代半导体材料，其带隙为4.9eV，大于GaN的3.4eV和SiC的3.3eV，相比于其他半导体材料，具有击穿电场强度高、热导率小、抗辐射能力强和化学稳定性良好等特点，在功率半导体和LED照明中具有广泛的应用前景[1-3]。氧化镓为硬脆性的单晶材料，易于裂解，难以加工，在超精密加工过程中遇到应力集中时会发生微裂纹断裂，当局部集中应力过大时，可能会发生大规模的劈裂和剥落[4]。裂纹的存在和扩展很大程度限制了氧化镓晶体的工程应用，因此，深入探索氧化镓晶体刻划过程中磨粒下方的应力分布，有助于了解裂纹形成和扩展的机理，对晶体后续加工工序的顺利进行具有重要意义。

目前，关于单颗磨粒刻划脆性材料的裂纹成核位置及扩展情况已有许多研究成果。WANG等[5]分别对石英玻璃与BK7硅酸盐玻璃进行单颗磨粒刻划试验，对比得出石英玻璃的裂纹形成机理；李新颖[6]针对多晶硅材料进行了单颗磨粒的刻划试验，并与QIU等[7]对玻璃陶瓷的刻划试验数据进行比对，分析得出多晶硅材料的裂纹成核位置及扩展方向。然而，关于氧化镓晶体的裂纹成核扩展，国内外学者目前还没有进行深入的研究。裂纹的成核位置及扩展方向影响材料的超精密加工，因此，了解氧化镓晶体的应力分布及裂纹成核扩展情况非常重要。

1 单颗磨粒刻划过程中弹性应力场的解析模型

如图1所示，当磨粒刻划硬脆材料表面时，施加的刻划力可以进一步分解为施加到工件表面的法向力分量Fn和沿刻划方向的切向力分量Ft。……