単結晶シリコン、光学ガラスなどの脆性材料の研削加工において、高品質な加工表面を得るための鍵は、単一の研削粒子の実際の刻み込み深さが材料の脆性-塑性転移の臨界切削深さより小さいことである。しかし、単一の研削粒子による刻み込み加工の実際のキズ深さの計算には、単結晶シリコンと研削粒子の圧痕接触における弾性変形の影響を考慮する必要がある。ダイヤモンド研削粒子の切削刃とブリネル圧子の先端は構造的に類似しているため、単結晶シリコンとブリネル圧子の圧痕接触変形について理論的分析と実験的研究を行った。ナノ圧入実験の原理に基づき、ブリネル圧子が単結晶シリコンに荷重をかけた際の変位深さと圧痕深さの計算式を確立した。ブリネル圧子と単結晶シリコン試料の接触を球体と平面の接触として等価化し、接触弾性変形の簡略化計算式を構築した。単結晶シリコンのナノ圧入実験により、ナノ硬度は12.22 GPa、等価弾性率は173.09 GPaであり、ブリネル圧子と単結晶シリコンのナノ圧入接触の弾性接触剛性と圧子の変位深さ、圧痕深さを実測し、接触弾性変形量が圧子の変位深さの50％を超えた。この結果は、単結晶シリコンのダイヤモンドワイヤー精密切断および精密研削のプロセスパラメータ最適化の理論的基礎を築いた。

研削加工;単結晶シリコン;圧子変位深さ;圧痕接触変形;圧痕深さ