微纳尺度接触力学行为实验研究

发布时间：2017-11-10 04:19

  本文关键词：微纳尺度接触力学行为实验研究

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【摘要】：微纳尺度下接触表面容易引发黏着和磨损,导致微机电系统产生严重的黏着、摩擦与磨损问题。它是导致微机械系统在制造和使用中失效的主要因素,也是当前微纳机械亟待解决的重要课题。 本课题选题来源于国家自然科学基金项目：“微机械摩擦副接触力学行为多尺度耦合分析方法研究”的部分内容。首先对微纳尺度接触力学理论进行分析,利用纳米压痕仪和原子力显微镜,在探针与试件之间形成球面-平面类型的微机械摩擦副。然后通过探针与不同晶向的试件样品表面之间的接触力学行为实验和接触滑动力学行为实验,再利用最后利用原子力显微镜扫描压、划痕,观测实验后试件的表面形貌。最后运用Matlab软件分析实验数据,绘制位移-载荷曲线及滑动距离-摩擦力曲线,计算获得硬度、模量等力学性能参数,分析实验数据和原子力显微镜扫描获得的表面形貌图,得出相关规律： (1)通过分析位移-载荷曲线,发现在接触力学行为实验过程中发生了较明显的突进和蠕变,主要原因是材料的内部结构发生了变化,即晶格变形、晶格重构等。而且在实验过程中,不同晶向的试件,硬度值和弹性模量值并不相同。 (2)观察三种晶向的单晶硅试件的压痕图片,发现试件在压深小于1000nm时,只是发生了弹塑性变形；在压深为1000nm时,压痕周围出现了裂纹；而在压深为2000nm时,试件出现了明显的脆性断裂。观察三种晶向的单晶铜试件的压痕图片,发现在接触力学行为实验过程中,压痕周围没有裂纹或是脆性断裂出现。发现由于铜的延展性很好,脱离接触后,弹性恢复较小。 (3)对比不同载荷和不同速度情况下的三种晶向的单晶硅试件以及三种晶向的单晶铜试件的滑动距离-摩擦力曲线可以发现,在接触滑动力学行为实验过程中摩擦力并不是恒定不变的。同载荷的情况下,速度越大,相对波动越小；当载荷和速度都相同时,不同晶向的试件曲线是不同的且并不是平滑的曲线；载荷越大速度越大的情况下,探针与试件间的摩擦力波动越小,黏着作用越小。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39;O343.3
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本文编号：1165046