高载下单晶铜和单晶硅的径向纳动与损伤行为研究.PDF

第 26 卷　第 1 期 摩 擦 学 学 报 26, 　 1 V o l N o 2006 年 1 月 TR IBOL O GY J an , 2006 高载下单晶铜和单晶硅的径向纳动 与损伤行为研究 张静宜, 钱林茂, 周仲荣 (西南交通大学 牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所, 四川 成都　6 1003 1) 摘要: 采用纳米压痕仪研究了单晶铜和单晶硅径向纳动的运行特点和损伤过程. 结果表明: 径向纳动的残余压痕深度 随循环次数增加急剧减小, 而纳动循环中载荷位移曲线在闭合前表现为 1 个迟滞环; 试样在首次径向纳动循环中耗 散的能量最大, 其后逐渐减小并趋于稳定; 材料的接触刚度和弹性模量在最初几次纳动循环中增加较快, 随后变化趋 于平缓; 尽管 2 种材料的压痕投影面积均随纳动循环次数增加而增大, 但由于损伤机制不同, 使其径向纳动损伤显示 出各自不同特点, 其中单晶铜主要表现为压痕边缘的皱褶堆积, 而单晶硅表现为塑性区边界裂纹的萌生与扩展. 关键词: 纳动; 径向纳动; 纳米摩擦学; 单晶铜; 单晶硅 中图分类号: TH 117. 3 文献标识码: A 文章编号: (2006) 0 1000 106 　　一般认为, 滑动、滚动和微动是构成接触表面相 薄膜、铰链、微型轴承及微型弹簧等主要构件中. 因 对运动的3 种基本方式, 当今摩擦学研究主要围绕其 此, 本文作者采用纳米压痕仪研究了单晶铜和单晶硅 [ 1 ] 展开 . 其中, 滑动和滚动的相对运动幅度较大, 而微 的纳动及其损伤机理, 探讨了材料在径向纳动过程中 动的相对运动幅值在微米量级, 通常发生在振动工况 的能量耗散和损伤过程. [2 ] 下的过盈或间隙配合界面 . 1　实验部分 随着纳米科技的飞速发展, 1 个新的摩擦学概念 [3 ] “纳动”由我国学者率先揭示 , 其不同于滚动、滑动 试验选用典型的塑性材料单晶铜和脆性材料单 和微动, 纳动是指相对往复运动幅值在纳米量级的特 晶硅. 单晶铜由瑞士C SEM In st rum en t s SA 公司提 殊摩擦运动方式. 从运动幅值变化范围来看, 纳动毋 供, 厚度 5. 74 mm , 依次用不同粒度的碳化硅砂纸和 庸置疑普遍存在于微机电系统中. 与微动类似, 由于 金刚石研磨膏抛光至光学平整. 单 晶硅 晶体取 向 各种振动引起的配合面纳动可造成接触表面损伤, 在 110, 厚度为 0. 43 . 采用原子力显微镜( ) 在