Проектирование удаления одноатомного слоя монокристаллической меди: влияние радиуса режущего ребра

Аннотация

Конечная цель механической обработки резанием — снизить минимальную толщину срезаемого слоя до одноатомного. В исследовании механизм удаления одноатомного слоя на монокристаллической меди методом резания изучен серией молекулярно-динамических симуляций. Результаты показывают, что при уменьшении глубины резания до атомного масштаба минимальная толщина срезаемого слоя может быть снижена до одноатомного слоя механическим резанием с тупым (закругленным) режущим ребром. Поведение удаления материала при резании одноатомного слоя демонстрирует четыре характеристики: формирование стружки движением дислокаций под действием сдвигающих напряжений, упругая деформация на обработанной поверхности, атомный размерный эффект и эффект радиуса режущего ребра. На этом понимании предложена новая модель резания для изучения поведения удаления материала в процессе резания одноатомного слоя, существенно отличающаяся от моделей для нанорезания и обычного резания. Результаты дают теоретическую поддержку для исследования и развития атомной и близкой к атомной шкалы производства (ACSM).

Введение

Механическая обработка резанием — один из важнейших вычитающих методов, применяемых для производства деталей с высоким качеством поверхности [1, 2]. Много теоретических и экспериментальных работ посвящено прояснению механизма удаления материала в наномасштабе для установления и обогащения базовой теории нанорезания [3–6]. Результаты значительно способствуют применению нанометрического резания в науке и промышленности, позволяя изготовление высокопроизводительных деталей со сложной формой и нанометровым качеством поверхности [7, 8]. Однако нет отчетов о механизме удаления материала при резании в атомном и близком к атомному масштабе (ACS), что серьезно ограничивает прогресс разработки следующего поколения производственной технологии — атомного и близкого к атомному масштаба производства (ACSM), т.е. Производство III [9]. Кроме того, прогрессивное развитие атомных устройств усиливает спрос на различные процессы обработки для достижения ACSM [10].

В обычном макроскопическом резании глубина резания значительно больше радиуса режущего ребра, удаление материала происходит сдвиговым формированием стружки [11–13]. В микро/нанорезании, когда глубина резания сравнима или ниже радиуса ребра, экструзионное формирование стружки постепенно доминирует с уменьшением глубины до наномасштаба, что сильно зависит от эффекта радиуса режущего ребра [14–19]. В ACS-резании, когда глубина резания дальше снижается до близкого к атомному и даже атомного масштаба, что намного меньше радиуса режущего ребра, эффект радиуса ребра неизбежно влияет на поведение удаления материала.

Кроме того, в отличие от обычного резания и микро/нанорезания, в ACS-резании глубина резания не только значительно меньше радиуса режущего ребра, но также сравнима или даже меньше радиуса атомов заготовки. Практическое поведение удаления материала меняется при разных соотношениях глубины резания к радиусу атома заготовки, что признано как новый размерный эффект — атомный размерный эффект [20]. Поэтому в ACS-резании должны учитываться и эффект радиуса режущего ребра, и атомный размерный эффект. Однако об этой критически важной проблеме в изучении ACS-технологии резания нет отчетов.

По этим причинам в настоящем исследовании атомный размерный эффект и эффект радиуса режущего ребра на механизм удаления одноатомного слоя методом резания изучаются молекулярно-динамическим моделированием.

Структура работы: раздел 2 — методология (моделирование, протокол, подходящие потенциалы). Раздел 3 — результаты анализа и обсуждение. Раздел 4 — детальный механизм удаления одноатомного слоя при совместном влиянии эффекта радиуса ребра и атомного размерного эффекта. Раздел 5 — заключение.

Методология

Симуляционная модель и протокол

По мере снижения глубины резания до атомного или близкого к атомному масштаба экспериментально наблюдать процесс удаления материала на практике сложно. В исследовании проведена серия МД-симуляций для анализа механизма удаления одноатомного слоя методом резания, акцентируя внимание на атомном размерном эффекте заготовки и эффекте радиуса режущего ребра.

Рис. 1 показывает снимки атомной конфигурации алмазно-медной модели резания, состоящей из монокристаллической медной заготовки и алмазного реза. Симуляции проведены на плоскости (111) монокристаллической меди. Размеры заготовки по направлениям x-[1 -1 0], y-[1 1 -2], z-[1 1 1] составляют 27, 10, 5 нм. В МД-симуляциях атомы заготовки разделены на граничный слой, термостатируемый слой и ньютоновский слой (рис. 1). Два нижних слоя — граничный слой — фиксированы на протяжении симуляции для устранения возможного смещения заготовки. Три атомных слоя рядом с граничным — термостатируемый слой. Температура термостатируемого слоя поддерживается 298 К методом пересчета скоростей. Остальные атомы заготовки — ньютоновский слой. Угол передней и задней граней реза 0° и 12°. Детальные параметры модели в таблице 1. Поскольку ACS-резание предпочтительно проводить при низкой скорости резания, использована скорость 25 м/с по направлению [-1 1 0] с учетом влияния скорости и вычислительных затрат.

Потенциальная функция

Медь-алмазная система резания включает два типа атомов: медь и алмаз. В МД-симуляциях межатомные взаимодействия должны точно описываться для обеспечения вычислительной точности. Поэтому критический значен имеет разумный выбор потенциальной функции. В работе используется часто применяемый потенциал встроенного атома (EAM) для описания взаимодействий между медными атомами [21]. Функция Морзе применяется для расчета взаимодействий между медью и алмазом (Cu-C), в основном зависящая от r.

$$ E = D_0 \left[ e^{-2\alpha(r-r_0)} - 2e^{\alpha(r-r_0)} \right] $$ (1)

где E и D₀ — парная потенциальная энергия и энергия сцепления, α — константа, r₀ — равновесное расстояние, r — расстояние между двумя атомами. Для Cu-C: D₀ = 0,087 эВ, r₀ = 0,205 нм [22], α = 51,40 нм⁻¹. Для взаимодействий C-C в резе значительно более сильная связь между атомами алмаза, чем меди, пренебрегается. Реза считается жестким в анализе.

Определение глубины резания

Глубина резания (a) определяется как расстояние между верхней точкой поверхности заготовки и нижней точкой реза. Размер атома заготовки обычно представлен атомным радиусом (r_w). Как показано на рис. 2, когда целевым является удаление верхнего первого атомного слоя с поверхности заготовки, теоретически максимальная глубина резания:

$$ a_{max} = r_w + 0.5 \times d_{layer} $$ (2)

где d_layer — расстояние между соседними верхними атомными слоями на поверхности заготовки. В работе все анализы на поверхности (111) монокристаллической меди; поэтому r_w в уравн. (2) — радиус атома меди, 1,28 Å. d_layer = 2,087 Å. Когда a > a_max, нижняя точка реза контактирует со вторым атомным слоем, может вызвать деформацию и даже удаление. Поэтому в работе используются глубины резания меньше a_max (2,32 Å).

Основываясь на выводах, фундаментальный механизм удаления одноатомного слоя резанием сильно меняется при различных сочетаниях соотношений a к R и a к r_w.

Результаты и обсуждение

По результатам МД, и атомный размерный эффект, и эффект радиуса режущего ребра сильно влияют на процесс удаления одноатомного слоя. В следующих разделах для четкого описания атомного размерного эффекта и эффекта радиуса ребра используются соотношения глубины резания (a) к атомному радиусу заготовки (r_w) — a/r_w, и глубины резания (a) к радиусу ребра (R) — a/R. Результаты систематизированы по аспектам: формирование стружки, генерация поверхности, подповерхностная деформация и атомное смещение. Выводы дают детальное представление о типичных характеристиках механизма удаления одноатомного слоя.

Формирование стружки

Результаты анализа показывают, что из-за атомного размерного эффекта заготовки [20] существуют два критических значения соотношения a/r_w: критическое значение 1 (C₁) и критическое значение 2 (C₂), делящие поведение формирования стружки на разные случаи.

1. a. Соотношение a/r_w меньше критического значения 1 (C₁).

Рис. 3 показывает результаты МД-симуляции при разных радиусах режущего ребра при глубине резания ~1,1 Å. Здесь a/r_w = 0,781.

Несмотря на увеличение радиуса режущего ребра, на обработанной поверхности Cu(111) происходит упругая деформация. Формирования стружки и удаления материала не происходит. Исследование показывает, что глубина резания должна быть больше ~1,1 Å для обеспечения удаления материала на поверхности Cu(111).

1. b. Соотношение a/r_w больше C₁, но меньше критического значения 2 (C₂).

Когда глубина резания >~1,1 Å, т.е. a/r_w > 0,781, происходит удаление материала. На рис. 4 часть материала удалена, но большее число атомов в верхнем первом слое остается на новой обработанной поверхности, образуя поверхностные дефекты. При увеличении радиуса ребра до 7,5 нм a/R = 0,019. В этом случае часть атомов первого слоя вдавлена во второй и даже третий атомные слои (рис. 4e), что обусловлено экструзионным действием реза. Также указывает, что эффект радиуса ребра начинает влиять на процесс удаления, хотя непрерывное удаление не достигнуто.

1. c. Соотношение a/r_w больше C₂.

Рис. 5 показывает формирование стружки при глубине резания ~2 Å. a/r_w = 2 Å / 1,28 Å = 1,563. По сравнению с рис. 3, при увеличении глубины до 2 Å атомы целевого атомного слоя могут быть непрерывно и стабильно удалены формированием стружки. Это указывает, что глубина резания превысила минимальную толщину срезаемого слоя монокристаллической меди, и минимальная толщина может быть снижена до одноатомного слоя при глубине ~2 Å. После резания материалы первого слоя полностью удалены.

Однако на рис. 5 видно, что из-за увеличения a/R атомы первого слоя проходят явно разные процессы удаления, особенно резание-индуцированная деформация обработанной поверхности. При глубине 2 Å, при остром резе (a/R = 5,70) только незначительная деформация на обработанной поверхности. При увеличении радиуса ребра до 3 нм (a/R = 0,134) амплитуда упругой деформации заметно возрастает.

При радиусе ребра 4 нм (рис. 5d) многие атомы целевого первого слоя вдавлены во второй слой, формируя новую обработанную поверхность. При ~7,5 нм часть атомов первого слоя даже диффундирует в третий слой. При ~10 нм возникает явная упругая и пластическая деформация, что также определяется в разделе 3.3.

Следовательно, удаление одноатомного слоя резанием зависит не только от a/r_w, но и от a/R. Для достижения удаления одноатомного слоя механическим резанием, т.е. удаления материала в атомном масштабе, должны учитываться и атомный размерный эффект, и эффект радиуса ребра, что существенно отличается от микро/нанорезания и обычного макроскопического резания.

Генерация поверхности

Одна из целей удаления одноатомного слоя — получить бездефектную обработанную поверхность с идеальной кристаллической структурой. Атомный размерный эффект на генерацию поверхности в ACS-резании изучался недавно [20]. В работе для указания эффекта радиуса ребра на генерацию поверхности изучаются топография и состав новой обработанной поверхности.

Топография поверхности

Рис. 6 показывает топографии обработанной поверхности Cu(111) при разных радиусах ребра. Глубина резания 2 Å. На рис. 6a,b при радиусе ребра <3 нм на Cu(111) получаются поверхности с идеальной кристаллической структурой. Дефекты на левой стороне — из-за деформации при выходе реза. В стадионарном этапе резания на обработанной поверхности дефектов не образуется.

При увеличении радиуса ребра на обработанной поверхности постепенно образуются дефекты. При 4 нм образуются ямоподобные дефекты (рис. 6d). При ≥5 нм образуется большое число поверхностных дефектов, серьезно ухудшающих качество. При этом удаляется более одного атомного слоя. Следовательно, при глубине 2 Å, когда радиус ребра <3 нм, удаление одноатомного слоя достижимо на Cu(111). Из-за эффекта радиуса ребра соотношение a/R должно быть больше порога для получения бездефектной поверхности. Критическое значение a/R — [0,05, 0,067].

Состав поверхности

Рис. 7 показывает состав обработанных поверхностей при разных радиусах ребра и глубине 2 Å. Зеленые и синие атомы — из первого и второго слоев, красные — ниже второго. На рис. 7a при остром резе (a/R = 2,85) обработанная поверхность состоит только из атомов первого слоя. Это означает, что целевой первый слой полностью удален. Также указывает, что удаление происходит слой-за-слоем: удаляемый материал поступает только из целевого первого слоя.

При радиусе ребра 2 и 3 нм (рис. 7b,c) обработанные поверхности состоят из двух атомных слоев (синих и зеленых). Это указывает, что хотя удаление одноатомного слоя достигнуто, процесс генерации поверхности задействует минимум 2 атомных слоя. При радиусе >4 нм на обработанной поверхности много атомов первого слоя, что значит, что многие атомы первого слоя вдавлены для формирования новой поверхности.

С увеличением радиуса ребра генерация поверхности сильно меняется. Два механизма генерации поверхности:

1. Слой-за-слоем: целевой первый атомный слой полностью удален для генерации новой поверхности. Удаляются только атомы первого слоя.
2. Многослойное удаление: хотя удаление одноатомного слоя реализовано, атомы целевого слоя проходят два типичных поведения смещения. Часть образует стружку движением дислокаций под сдвигающими напряжениями, остальные экструдируют в обработанную поверхность под действием реза. Процесс задействует минимум два атомных слоя.

Механизм подповерхностной деформации

В нанорезании на обработанной поверхности возникают упругая и пластическая деформации. После прохождения реза упругая часть возвращается, пластически деформированная часть ведет к постоянной деформации [1, 2]. При снижении глубины до атомного масштаба в резании к одноатомному слою предполагается, что на обработанной поверхности происходит только упругая деформация. Для проверки анализируются состояния подповерхностной деформации заготовки во время и после резания. Рис. 8 — дефектные структуры в подповерхности при разных радиусах ребра. Атомы окрашены по CSP, атомы с CSP <3 опущены (идеальная FCC).

При радиусе ребра <4 нм подповерхностные дефекты не формируются. Только упругая деформация на обработанной поверхности.

На рис. 8 при радиусе ≥4 нм подповерхностные дефекты инициализируются. С ростом радиуса их число значительно возрастает. При ~10 нм сформирована петля дислокации, не исчезающая после резания (рис. 9e), четко указывающая на пластическую деформацию.

После прохождения реза упруго деформированная часть возвращается; части подповерхностных дефектов аннигилируют. На рис. 9a–c в итоге подповерхностных дефектов нет при радиусе 2 или 3 нм.

Пластически деформированная часть ведет к постоянной деформации. На рис. 9 при 7,5 нм остается малое число подповерхностных дефектов. При 10 нм петля дислокаций и накопление сдвига окончательно существуют в подповерхности.

Из анализа следует: для разрешения удаления одноатомного слоя пластическая деформация должна быть избежана, допускается только упругая. Это считается одной характеристической чертой процесса удаления одноатомного слоя.

Атомное поведение смещения

По МД-файлам траекторий движение дислокаций доминирует в процессе удаления одноатомного слоя. Рис. 10 — результаты симуляции при разных радиусах ребра. При 2 нм под действием реза только первый атомный слой скользит по направлению резания, образуя стружку, остальные остаются неподвижными. Это можно считать одним сечением краевой дислокации.

При увеличении радиуса ребра часть материала первого слоя вдавлена в обработанную поверхность, индуцируя скольжение атомных слоев ниже первого. При дальнейшем увеличении радиуса число атомных слоев, проходящих процесс скольжения, растет. При 4 нм (рис. 10) кроме первого, второй слой также скользит по направлению резания. При 7,5 нм верхние три атомных слоя скользят по направлению резания. При 10 нм большое количество материала вдавлено для формирования новой поверхности; возникает пластическая деформация (рис. 10e), подтверждаемая рис. 9.

Рис. 11 — процесс скольжения целевого атомного слоя по направлению резания. Область скольжения постоянно расширяется с движением реза вперед. На расстоянии резания 17,5 нм область скольжения достигает максимума. Затем материалы в области скольжения непрерывно формируют стружку; объем стружки также растет.

В целом, по анализу разделов 3.3 и 3.4, при увеличении радиуса ребра и механизм подповерхностной деформации, и атомное поведение смещения сильно меняются. При разных радиусах ребра разное число атомных слоев скользит по направлению резания, возникают разные режимы деформации на обработанной поверхности, суммировано в таблице 2. Также выяснено, что в процессе удаления одноатомного слоя формирование стружки управляется движением дислокаций под сдвигающими напряжениями, что существенно отличается от формирования стружки в обычном резании и нанорезании, и также можно считать характеристической чертой удаления одноатомного слоя.

Резанные силы

Влияние эффекта радиуса ребра

Рис. 12 показывает эффект радиуса ребра на усредненные резащие силы при глубине 2 Å. Сравниваются тангенциальная и нормальная компоненты: F_t и F_n. Для острого реза a/R = 2,85, F_t = 16,4 нН явно меньше F_n = 23,7 нН. При увеличении радиуса ребра оба F_t и F_n растут. Однако F_n показывает значительно большие амплитуды роста, чем F_t. Это четко указывает, что при увеличении радиуса ребра нормальная резащая сила оказывает большее влияние на процесс удаления материала в ACS-резании. Однако при радиусе >~3 нм удаление одноатомного слоя не достижимо. Таким образом, большая нормальная сила не помогает удалению одноатомного слоя, предпочтительнее меньшая нормальная сила.

Нормальные резащие силы обеспечивают компрессивное напряжение для упругой и/или пластической деформации на обработанной поверхности, тангенциальные — сдвигающее напряжение для формирования стружки. Следовательно, формирование стружки в удалении одноатомного слоя должно основываться преимущественно на тангенциальной резащей силе. На рис. 12b F_t демонстрирует три типа изменений, ведущих к разным топографиям поверхности (рис. 6):

• При радиусе <~3 нм (a/R = 0,067) F_t примерно не меняется, всегда <25 нН при росте радиуса. Удаляется только один атомный слой.
• При радиусе 3 и 5 нм (a/R = 0,04 и 0,067) F_t вырастает до ~38,5 нН. Удаляется более одного атомного слоя, но малое число поверхностных дефектов.
• При радиусе >5 нм F_t также постепенно сходится к константе. Удаляется более одного слоя, но образуется много поверхностных и подповерхностных дефектов.

Вывод: очень низкая тангенциальная резащая сила может обеспечить удаление одноатомного слоя при разумном радиусе ребра, например 2 нм. Взаимно, удаление одноатомного слоя не реализуется даже при большей тангенциальной силе.

Влияние атомного размерного эффекта

Рис. 13 — график резащих сил в зависимости от глубины резания при радиусе ребра 2 нм. При радиусе 2 нм при увеличении глубины резания и нормальная, и тангенциальная силы проходят трехстадийные изменения. Есть явные изменения при глубине ~1,1 Å и ~1,6 Å. Соответствующие соотношения a/r_w: 0,055 и 0,080 — вышеуказанные критические значения C₁ и C₂ (раздел 3.1).

При глубине <1,1 Å (a/r_w < 0,055) F_t = 0 нН, F_n линейно растет до ~32 нН. Силы не могут вызвать пластическую деформацию и удаление. Только упругая деформация (рис. 3).

При глубине >1,1 Å, но <1,6 Å (0,055 < a/r_w < 0,080) F_t резко растет с 0 до ~25 нН, F_n до ~58 нН. Силы достаточно для удаления материала. При 1,4 Å есть формирование стружки и удаление, но стабильное непрерывное удаление не реализовано, много дефектов на поверхности (рис. 4).

При глубине >1,6 Å обе силы достаточно для непрерывного удаления. Стружка стабильно формируется, целевой атомный слой непрерывно удаляется, образуя новую поверхность (рис. 5b, 6b).

Итак, и эффект радиуса ребра, и атомный размерный эффект влияют на резащие силы в процессе удаления одноатомного слоя, меняя удаление материала и генерацию поверхности.

Обсуждение механизма удаления одноатомного слоя методом резания

Как показано выше, и атомный размерный эффект, и эффект радиуса ребра сильно влияют на механизм удаления одноатомного слоя. Как суммировано в таблице 3, в зависимости от соотношений a/r_w и a/R существует минимум 5 типичных случаев поведения деформации и удаления материала. В разделе суммирован фундаментальный механизм деформации и удаления для каждого случая.

В обычной обработке, когда глубина резания значительно больше радиуса ребра, эффект радиуса можно игнорировать. При снижении глубины до наномасштаба, сравнимого или ниже радиуса, эффект не может быть игнорирован. В нанорезании процесс удаления доминирует экструзионная деформация, сильно зависящая от радиуса ребра. При дальнейшем снижении глубины до атомного масштаба, кроме эффекта радиуса ребра, новый размерный эффект — атомный размерный эффект [20] — сильно влияет на удаление материала.

На рис. 14 в процессе удаления одноатомного слоя задействованы две части: нанометрическое режущее ребро и нижние атомы реза (B). Эти две части могут быть связаны для обеспечения удаления одноатомного слоя. Размер режущего ребра, рассматриваемый как «нано-инструмент», описывается радиусом ребра (R). Режущее ребро — огибающая кривая крайних атомов реза. Относительно нижних атомов, как «атомный инструмент», описывается атомным радиусом заготовки (r_w). Удаление одноатомного слоя — результат совместного действия нано-инструмента и атомного инструмента на материал заготовки.

Во-первых, в зависимости от соотношения a к r_w (a/r_w), в ACS-резании существует три вида поведения деформации материала.

1. a/r_w < C₁.

На рис. 15 формирование стружки не происходит, но упругая деформация на поверхности заготовки есть. В процессе резания после прохождения заготовки нижней точки реза упруго деформированная часть полностью восстанавливается. Никакая деформация и удаление материала на верхней поверхности не происходит. Эффект ребра можно игнорировать. Это соотношение может зависеть от свойств материала (случай 1).

1. C₁ < a/r_w < C₂.

На рис. 16 при увеличении a/r_w > C₁, но < C₂, происходит удаление материала, но ненепрерывное. Только часть материала целевого слоя образует стружку движением дислокаций под сдвигающими напряжениями, остальные остаются на поверхности. При прохождении реза качество поверхности серьезно ухудшается (случай 2).

1. a/r_w > C₂.

На рис. 17 при a/r_w > C₂ происходит непрерывное удаление материала формированием стружки. Эффект радиуса ребра больше не может игнорироваться. Для ACS-резания максимальная глубина поднаноメートルного порядка. При таком экстремально малом a, независимо от номинального угла передней грани, эффективный угол всегда сильно отрицательный. Отрицательная передняя грань создает необходимое сдвигающее напряжение для формирования стружки движением дислокаций и компрессивную силу для упругой и/или пластической деформации на обработанной поверхности.

В зависимости от соотношения a к R, на поверхности заготовки происходят разные виды упругой и/или пластической деформации. Существуют два пороговых значения a/R: T₁ и T₂, ведущие к разным процессам удаления.

1. a/R > T₁.

На рис. 17 один атомный скользящий слой. Материал под этим слоем испытывает упругую деформацию. Материал над слоем — пластическую деформацию движением дислокаций. Часть материала образует стружку сдвигающим напряжением, другая — дислокационное скольжение. После прохождения заготовки нижней точкой реза упруго деформированная часть полностью восстанавливается (случай 3).

1. T₂ < a/R < T₁.

На рис. 18 под действием ребра минимум два атомных слоя проходят дислокационное скольжение, на обработанной поверхности — упругая деформация. Режущее ребро дает силу для сдвигающего напряжения (стружка) и компрессивного (упругая деформация). Часть материала целевого слоя образует стружку, остальная экструдируется в другие атомные слои, формируя новую поверхность. Также движет скольжение других слоев, приводя к отрицательному подъему дислокаций. После прохождения заготовки нижней точкой упругая часть возвращается (случай 4).

1. a/R < T₂.

На рис. 19 при a/R < T₂ либо нет формирования стружки, либо экстремально малый объем, но упруго-пластическая деформация на поверхности. После прохождения заготовки нижней точкой упругая часть возвращается. Пластически деформированная часть (Δ) ведет к постоянной деформации. Это соотношение связано со свойствами материала, геометрией реза, условиями процесса (случай 5).

Заключения

В исследовании анализированы атомный размерный эффект и эффект радиуса режущего ребра для изучения их влияния на формирование стружки, генерацию поверхности, подповерхностную деформацию и атомное поведение смещения при резании монокристаллической меди к одноатомному слою. Выводы:

1. Предложена новая модель для описания механизма деформации и удаления материала в процессе удаления одноатомного слоя резанием, демонстрирующая четыре характеристики: формирование стружки движением дислокаций, упругая деформация на обработанной поверхности, атомный размерный эффект, эффект радиуса режущего ребра.
2. И атомный размерный эффект, и эффект радиуса ребра сильно влияют на деформацию и удаление материала при резании монокристаллической меди к одноатомному слою. При определенных соотношениях a/r_w и a/R удаление одноатомного слоя достижимо на Cu(111).
3. Формирование стружки зависит от a/r_w и a/R. Стружка образуется только когда a/r_w > C₁ и a/R < T₁. Формирование стружки основано преимущественно на движении дислокаций под сдвигающими напряжениями, что существенно отличается от экструзионно-доминантного формирования в нанорезании и сдвигово-доминантного в обычной обработке.
4. Удаление одноатомного слоя может быть достигнуто слой-за-слоем и многослойным удалением. Первое — целевой атомный слой полностью удален. Второе — первый слой частично удален, остальные материалы вдавлены в другие слои, формируя новую поверхность.
5. В ACS-резании на обработанной поверхности происходит только упругая деформация, в отличие от упруго-пластической в нанорезании. Это характеристическая черта ACS-резания.
6. В зависимости от комбинированного эффекта атомного размерного эффекта и эффекта радиуса ребра существуют пять случаев деформации и удаления: материал не удаляется (случай 1), ненепрерывное удаление (случай 2), часть материала образует стружку, остальные скользят дислокациями (случай 3), часть образует стружку, остальные экструдируются в другие слои (случай 4), упругая часть возвращается, пластическая ведет к постоянной деформации (случай 5).

Доступность данных и материалов

Авторы заявляют, что материалы, данные и ассоциированные протоколы доступны читателям, все данные для анализа включены в статью.

Аббревиатуры

ACS:

Атомный и близкий к атомному масштаб (Atomic and close-to-atomic scale)

ACSM:

Производство в атомном и близком к атомному масштабе (Atomic and close-to-atomic scale manufacturing)

MD:

Молекулярная динамика (Molecular dynamics)