隨著微型機械的發(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、摩擦及磨損等問題比傳統(tǒng)機械更加突出,同時微機電系統(tǒng)高速滑動產(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,阻礙了微機電系統(tǒng)的發(fā)展。為此,本文在對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試裝置,對硅基微器件的滑動摩擦性能進(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試裝置分別對三種紋理表面硅基微器件進(jìn)行了干摩擦磨損試驗、液體潤滑摩擦磨損試驗和混合自組裝膜摩擦磨損試驗,測得了滑動摩擦過程中的摩擦系數(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軟件對混合自組裝膜的結(jié)合過程及能量、溫度變化進(jìn)行了分子動力學(xué)模擬,利用Fluent軟件對三種硅基微器件進(jìn)行了CFD流體潤滑狀態(tài)仿真分析,計算了流體潤滑階段三種微器件表面的承載壓力。干摩擦磨損試驗和表征結(jié)果... 

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

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

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械有著很大寸從 1 毫米減小到 1 微米時，面積因子減小為一百萬分之一，十億分之一，同時在運動過程中，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，對器件的運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)件運動的主要因素[7, 8]，影響了 MEMS 的性能、[9]。圖 1-2 為 MEMS 推力軸承在 0.05N 載荷、水潤滑狀態(tài)下運損情況[10]。

通過對自然界的長期觀察研究，人們意識到自然界中的動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。基于以上考慮，人們萌生了通過主動的表面設(shè)計來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。相對于粗


本文編號：3409109