本文關(guān)鍵詞：干摩擦條件下晶體硅材料摩擦磨損性能的試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：單晶硅作為微機(jī)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)材料,它在干摩擦下的摩擦磨損性能會(huì)直接影響到微機(jī)電系統(tǒng)的物理機(jī)械性能。故本文考慮到影響單品硅摩擦磨損性能的因素,從工況條件與表面處理兩個(gè)方面,對(duì)其摩擦磨損性能、磨痕形貌特征以及磨損機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 選擇氮化硅/硅、鋼/硅以及瑪瑙/硅三種摩擦副,在UMT-2微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對(duì)單晶硅材料進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),研究載荷、轉(zhuǎn)速和對(duì)偶材料對(duì)其摩擦磨損性能的影響,并用金相顯微鏡、Micro-XAM型三維共聚焦表而形貌儀分析了試樣磨痕的形貌與磨損量。結(jié)果表明,摩擦系數(shù)隨著載荷或轉(zhuǎn)速的提高而隨之降低；上下試樣的磨損量隨著載荷或轉(zhuǎn)速的提高而升高。并且在轉(zhuǎn)速和載荷相同時(shí),鋼/硅摩擦副具有最大的摩擦系數(shù)。同時(shí)探究了溝槽型表面紋理對(duì)于單晶硅摩擦性能的影響,發(fā)現(xiàn)單晶硅表面紋理的存在既可能增摩也可能減摩,間距對(duì)于摩擦性能影響較小,而滑動(dòng)夾角影響較大。 在納米劃痕儀上進(jìn)行低載條件下單晶硅痕試驗(yàn),分析了壓入深度與施加載荷的關(guān)系。結(jié)果說明,壓入深度首先隨著載荷增大而線性增長(zhǎng),當(dāng)載荷為80mN時(shí),壓入深度曲線出現(xiàn)拐點(diǎn),壓入深度隨著載荷增加而迅速增加。 用數(shù)學(xué)方法分析磨痕輪廓特征參數(shù),從輪廓擬合、高度分布以及截面粗糙度參數(shù)三個(gè)方面探討表面輪廓參數(shù)與摩擦學(xué)特性的關(guān)系。結(jié)果表明：發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和載荷較小時(shí),輪廓高度分布近似呈現(xiàn)高斯分布,轉(zhuǎn)速與載荷增大時(shí),輪廓曲線擬合度變高,輪廓高度分布近似呈現(xiàn)均勻分布,磨損表面三維高度偏差增大,進(jìn)而導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低,磨損率增大。 通過掃描電鏡和能譜儀等對(duì)單晶硅磨痕進(jìn)行表征,結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速的增加會(huì)使磨痕表面變得光滑,這與氧化加劇及氧化層的形成有關(guān)。不同載荷條件下磨痕表面形貌十分相似,以粘著磨損和磨粒磨損為主,載荷的增大使磨損程度上更加嚴(yán)重。不同的對(duì)偶材料使得單晶硅表面呈現(xiàn)出截然不同的形貌特征,說明對(duì)偶件硬度和成分對(duì)于磨損機(jī)理有很大影響。
【關(guān)鍵詞】：單晶硅 干摩擦 摩擦磨損 粗糙度 磨損機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH117.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 研究背景12
• 1.2 晶體硅摩擦學(xué)性能研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 宏觀摩擦性能13-14
• 1.2.2 微觀摩擦性能14
• 1.3 干滑動(dòng)中影響摩擦磨損性能的主要因素14-17
• 1.3.1 外部因素15-16
• 1.3.2 表面處理16-17
• 1.4 摩擦理論概述17-20
• 1.4.1 摩擦理論17-19
• 1.4.2 磨損機(jī)理19-20
• 1.5 論文意義與內(nèi)容20-22
• 1.5.1 研究意義20
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.5.3 研究技術(shù)路線框圖21-22
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法22-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備22-26
• 2.1.1 UMT-2微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)22-24
• 2.1.2 納米劃痕儀24-25
• 2.1.3 白光干涉三維形貌儀25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料26-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案27-29
• 2.3.1 三種摩擦副條件下摩擦磨損試驗(yàn)方案27-28
• 2.3.2 表面紋理摩擦磨損性能試驗(yàn)方案28
• 2.3.3 低載條件下摩擦磨損性能試驗(yàn)方案28-29
• 2.4 磨損參數(shù)測(cè)量29-32
• 2.4.1 球的磨損體積的測(cè)量29-30
• 2.4.2 硅片的磨損體積的測(cè)量30-32
• 3 單晶硅表面的摩擦磨損試驗(yàn)32-62
• 3.1 引言32
• 3.2 單晶硅與氮化硅球?qū)δl件下摩擦磨損性能32-40
• 3.2.1 摩擦性能分析32-37
• 3.2.2 磨損性能分析37-40
• 3.3 單晶硅與鋼球?qū)δl件下摩擦磨損性能40-46
• 3.3.1 摩擦性能分析40-44
• 3.3.2 磨損性能分析44-46
• 3.4 單晶硅與瑪瑙球?qū)δl件下摩擦磨損性能46-53
• 3.4.1 摩擦性能分析46-50
• 3.4.2 磨損性能分析50-53
• 3.5 三種摩擦副摩擦性能對(duì)比53-55
• 3.6 表面紋理摩擦性能試驗(yàn)55-58
• 3.7 低載劃痕試驗(yàn)58-60
• 3.8 本章總結(jié)60-62
• 4 磨痕表面形貌特征分析62-72
• 4.1 引言62
• 4.2 轉(zhuǎn)速對(duì)形貌特征影響62-66
• 4.2.1 輪廓擬合62-64
• 4.2.2 高度分布64-65
• 4.2.3 截面粗糙度65-66
• 4.3 載荷對(duì)形貌特征影響66-69
• 4.3.1 輪廓擬合66-68
• 4.3.2 高度分布68-69
• 4.3.3 截面粗糙度69
• 4.4 對(duì)偶材料對(duì)形貌特征影響69-71
• 4.5 本章總結(jié)71-72
• 5 單晶硅表面的摩損機(jī)理分析72-84
• 5.1 引言72
• 5.2 不同轉(zhuǎn)速對(duì)磨損機(jī)理的影響72-76
• 5.3 不同載荷對(duì)磨損機(jī)理的影響76-79
• 5.4 不同對(duì)偶材料對(duì)磨損機(jī)理的影響79-82
• 5.5 本章總結(jié)82-84
• 6 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 全文工作總結(jié)84-85
• 6.2 研究展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果90-94
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：479048