Zerspanungsmechanismus beim Mikroschleifen von einkristallinem Silizium

Kurzfassung
Die Mikrotechnik hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer der wichtigsten Technologien entwickelt. Der Trend in der Mikrotechnik geht dabei hin zu immer kleineren Strukturgrößen mit höheren Strukturqualitäten. Diese Entwicklung in der Mikrotechnik fordert neue wirtschaftliche Herstellungsverfahren zur Fertigung von mikrostrukturierten Bauteilen. Eine Möglichkeit stellt das Mikroschleifen dar. Gerade der Einsatz von Mikroschleifstiften bietet hinsichtlich Flexibilität und Strukturqualität von mikrostrukturierten Bauteilen aus sprödharten Werkstoffen ein sehr hohes Potenzial. Hierbei wird die Strukturqualität durch die Zerspanungsmechanismen beim Schleifen der sprödharten Werkstoffe bestimmt. Grundsätzlich wird zwischen den spröden und den duktilen Zerspanungsmechanismen unterschieden. Bei einer spröden Zerspanung erfolgt der Materialabtrag durch Rissbildung und die damit einhergehenden Materialausbrüche. Die resultierenden Oberflächen sind durch Flächenausbrüche und Risse charakterisiert. Die duktile Zerspanung erlaubt die Herstellung von ausbruchsfreien Oberflächen mit sehr hohen Oberflächengüten. Daher ist das Schleifen im duktilen Zerspanungsmechanismus eine Voraussetzung für die wirtschaftliche Bearbeitung von Komponenten mit optischer Oberflächenqualität. Beim Mikroschleifen liegen bisher wenige Erkenntnisse bzgl. der Zerspanungsmechanismen vor. Innerhalb dieser Arbeit wurden daher die Zerspanungsmechanismen beim Mikroschleifen von einkristallinem Silizium untersucht. Hierzu sind Mikroschleifstifte mit variierender Bindungsart, Korndurchmesser, Kornkonzentration und Werkzeugdurchmesser eingesetzt worden. Weiterhin wurde der Einfluss der Prozessparameter untersucht. Anhand der Ergebnisse wurde eine kritische Spanungsdicke für das Mikroschleifen bestimmt, welche den Übergang zwischen einer duktilen und einer spröden Zerspanung wiedergibt.