隨著微型機(jī)械的發(fā)展,微器件的尺寸不斷縮小,由尺寸效應(yīng)引起的表面接觸、粘合、摩擦及磨損等問(wèn)題比傳統(tǒng)機(jī)械更加突出,同時(shí)微機(jī)電系統(tǒng)高速滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力也加劇了微器件的摩擦磨損,縮短了微器件壽命,阻礙了微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展。為此,本文在對(duì)硅基微器件的表面處理的基礎(chǔ)上,借助搭建的微摩擦磨損性能測(cè)試裝置,對(duì)硅基微器件的滑動(dòng)摩擦性能進(jìn)行了研究。采用深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）和激光刻蝕技術(shù)設(shè)計(jì)并加工了表面拋光、表面條紋和表面波紋三種硅基微器件,同時(shí)采用共吸附法在三種硅基微器件表面制備了WD-10-APS混合自組裝膜。利用改進(jìn)后的微摩擦磨損性能測(cè)試裝置分別對(duì)三種紋理表面硅基微器件進(jìn)行了干摩擦磨損試驗(yàn)、液體潤(rùn)滑摩擦磨損試驗(yàn)和混合自組裝膜摩擦磨損試驗(yàn),測(cè)得了滑動(dòng)摩擦過(guò)程中的摩擦系數(shù),并利用原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡對(duì)微器件磨損前后的表面形貌進(jìn)行了表征分析。此外,利用Materials Studio軟件對(duì)混合自組裝膜的結(jié)合過(guò)程及能量、溫度變化進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬,利用Fluent軟件對(duì)三種硅基微器件進(jìn)行了CFD流體潤(rùn)滑狀態(tài)仿真分析,計(jì)算了流體潤(rùn)滑階段三種微器件表面的承載壓力。干摩擦磨損試驗(yàn)和表征結(jié)果... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域Figure1-1TheapplicationofMEMSdevice

碩士學(xué)位論文，MEMS 器件并不僅僅是常規(guī)宏觀機(jī)電系統(tǒng)的小型化，其在構(gòu)、加工方法、工作原理和方式等方面都與宏觀機(jī)械有著很大寸從 1 毫米減小到 1 微米時(shí)，面積因子減小為一百萬(wàn)分之一，十億分之一，同時(shí)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受尺寸效應(yīng)的影響，正比于比于體積的作用力相比，增大了數(shù)千倍，對(duì)器件的運(yùn)行起到更在宏觀尺度下通常被忽略的范德華力（VDWforce）、黏著力（靜電力（Electrostatic force）、毛細(xì)力（Capillary force）等表面力成為制約微構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的主要因素[7, 8]，影響了 MEMS 的性能、[9]。圖 1-2 為 MEMS 推力軸承在 0.05N 載荷、水潤(rùn)滑狀態(tài)下運(yùn)損情況[10]。

通過(guò)對(duì)自然界的長(zhǎng)期觀察研究，人們意識(shí)到自然界中的動(dòng)物和植物在其體表形成了各種精巧奇妙的非光滑微結(jié)構(gòu)以適應(yīng)復(fù)雜多變的生存環(huán)境，如圖1-3所示，比如著名的“荷葉效應(yīng)”，壁虎腳掌上的剛毛結(jié)構(gòu)，鯊魚體表的微小肋條結(jié)構(gòu)，甚至人類自己的指紋。大自然的選擇啟迪人們非光滑表面具有更豐富的功能性�；谝陨峡紤]，人們萌生了通過(guò)主動(dòng)的表面設(shè)計(jì)來(lái)提高摩擦磨損性能的想法，這促使了表面紋理或者表面織構(gòu)（Surfacetexture）的提出和研究，利用物理、化學(xué)或機(jī)械的方法人為在摩擦副表面加工出按一定規(guī)則分布的微幾何特征。相對(duì)于粗


本文編號(hào)：3409109