硅基微器件的表面处理及滑动摩擦性能研究
发布时间：2021-09-25 04:41
随着微型机械的发展,微器件的尺寸不断缩小,由尺寸效应引起的表面接触、粘合、摩擦及磨损等问题比传统机械更加突出,同时微机电系统高速滑动产生的摩擦力也加剧了微器件的摩擦磨损,缩短了微器件寿命,阻碍了微机电系统的发展。为此,本文在对硅基微器件的表面处理的基础上,借助搭建的微摩擦磨损性能测试装置,对硅基微器件的滑动摩擦性能进行了研究。采用深反应离子刻蚀（DRIE）和激光刻蚀技术设计并加工了表面抛光、表面条纹和表面波纹三种硅基微器件,同时采用共吸附法在三种硅基微器件表面制备了WD-10-APS混合自组装膜。利用改进后的微摩擦磨损性能测试装置分别对三种纹理表面硅基微器件进行了干摩擦磨损试验、液体润滑摩擦磨损试验和混合自组装膜摩擦磨损试验,测得了滑动摩擦过程中的摩擦系数,并利用原子力显微镜、扫描电子显微镜、光学显微镜对微器件磨损前后的表面形貌进行了表征分析。此外,利用Materials Studio软件对混合自组装膜的结合过程及能量、温度变化进行了分子动力学模拟,利用Fluent软件对三种硅基微器件进行了CFD流体润滑状态仿真分析,计算了流体润滑阶段三种微器件表面的承载压力。干摩擦磨损试验和表征结果...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS的应用领域Figure1-1TheapplicationofMEMSdevice
硕士学位论文，MEMS 器件并不仅仅是常规宏观机电系统的小型化，其在构、加工方法、工作原理和方式等方面都与宏观机械有着很大寸从 1 毫米减小到 1 微米时，面积因子减小为一百万分之一，十亿分之一，同时在运动过程中，受尺寸效应的影响，正比于比于体积的作用力相比，增大了数千倍，对器件的运行起到更在宏观尺度下通常被忽略的范德华力（VDWforce）、黏着力（静电力（Electrostatic force）、毛细力（Capillary force）等表面力成为制约微构件运动的主要因素[7, 8]，影响了 MEMS 的性能、[9]。图 1-2 为 MEMS 推力轴承在 0.05N 载荷、水润滑状态下运损情况[10]。
通过对自然界的长期观察研究，人们意识到自然界中的动物和植物在其体表形成了各种精巧奇妙的非光滑微结构以适应复杂多变的生存环境，如图1-3所示，比如著名的“荷叶效应”，壁虎脚掌上的刚毛结构，鲨鱼体表的微小肋条结构，甚至人类自己的指纹。大自然的选择启迪人们非光滑表面具有更丰富的功能性。基于以上考虑，人们萌生了通过主动的表面设计来提高摩擦磨损性能的想法，这促使了表面纹理或者表面织构（Surfacetexture）的提出和研究，利用物理、化学或机械的方法人为在摩擦副表面加工出按一定规则分布的微几何特征。相对于粗
本文编号：3409109
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MEMS的应用领域Figure1-1TheapplicationofMEMSdevice
硕士学位论文，MEMS 器件并不仅仅是常规宏观机电系统的小型化，其在构、加工方法、工作原理和方式等方面都与宏观机械有着很大寸从 1 毫米减小到 1 微米时，面积因子减小为一百万分之一，十亿分之一，同时在运动过程中，受尺寸效应的影响，正比于比于体积的作用力相比，增大了数千倍，对器件的运行起到更在宏观尺度下通常被忽略的范德华力（VDWforce）、黏着力（静电力（Electrostatic force）、毛细力（Capillary force）等表面力成为制约微构件运动的主要因素[7, 8]，影响了 MEMS 的性能、[9]。图 1-2 为 MEMS 推力轴承在 0.05N 载荷、水润滑状态下运损情况[10]。
通过对自然界的长期观察研究，人们意识到自然界中的动物和植物在其体表形成了各种精巧奇妙的非光滑微结构以适应复杂多变的生存环境，如图1-3所示，比如著名的“荷叶效应”，壁虎脚掌上的刚毛结构，鲨鱼体表的微小肋条结构，甚至人类自己的指纹。大自然的选择启迪人们非光滑表面具有更丰富的功能性。基于以上考虑，人们萌生了通过主动的表面设计来提高摩擦磨损性能的想法，这促使了表面纹理或者表面织构（Surfacetexture）的提出和研究，利用物理、化学或机械的方法人为在摩擦副表面加工出按一定规则分布的微几何特征。相对于粗
本文编号：3409109
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3409109.html
