金属无润滑磨损过程的原位观察与研究

作者借助于新研制的可以直接观察磨损动态过程的试验装置和扫描电镜原位观察了无润滑条件下金属滑动表面的磨损特征与变化,发现摩擦表面可以划分为真实接触区和过渡磨损区,两者的磨损机理不同,真实接触区发生的是粘着磨损,而且磨粒沿摩擦力方向有明显增大的趋势;随着真实接触区的磨损,过渡磨损区可以逐渐转变为真实接触区,而且由于磨粒增多,非磨损区也可以逐渐转变为过渡磨损区。对磨损过程中摩擦力变化的测试结果表明,当磨损表面发生粘着时的粘着力与Bowden和Tabor粘着理论计算值十分接近。     

微电子机械系统中的若干固体力学问题

简述了微电子机械系统若干固体力学问题研究的现状，包括：微构件材料的基本力学性能；微构件的力学分析与计算；微系统的失效分析研究；微系统的驱动等，并阐述了微系统力学问题中涉及的表面效应和尺度效应，提出了微系统多类型力作用，多种因素交叉，多学科耦合，非线性突出的特点和研究方向。     

基于单晶硅材料的微摩擦测试机构及其试验研究

设计出1种能够模拟基于单晶硅材料微机电器件侧面摩擦副摩擦磨损状况的试验机,有效模拟可动MEMS器件摩擦副之间磨损的真实状况,介绍了试验机测试机构的工作原理并从理论计算及有限元模拟分析2方面对其结构模态进行分析,在超净间内(千级、室温、相对湿度RH约50%),利用光学显微镜、CCD图像采集系统及计算机对梳齿驱动器的谐振频率及摩擦副的动态摩擦系数进行了测试.结果表明:采用所研制的试验机测得的谐振频率为5 600,与理论计算及模拟分析的结果(5 590和5 641)非常接近;摩擦副的动态摩擦系数在0.24～0.35之间;动态摩擦系数随着施加在摩擦副上的正压力变化而变化.     

磁头/磁盘气体润滑特性计算与分析

提出了1种计算超薄气膜润滑轴承压力分布的有限差分法,在此基础上对某磁头快速或缓慢偏离平衡位置造成的压力变化及气体轴承刚度进行分析.结果表明:随着气膜特征高度降低,初始纵翻倾角减小,气体轴承刚度增大;垂直于磁盘方向的微小位移不会对磁头平衡造成威胁,但磁头纵翻造成的翻转力矩变化较复杂,需要加以控制;磁头飞行姿态的突变将引起明显的挤压效应,挤压效应的强弱与初始飞行姿态有关.     

化学机械抛光中纳米颗粒的作用分析

化学机械抛光（chemical mechanical polishing, CMP）是用于获取原子级平面度的有效手 段.目前，CMP的抛光液通常使用纳米级颗粒来加速切除和优化抛光质量.这类流体的流变性 能必须考虑微极性效应的影响.对考虑微极性效应的运动方程的求解，有助于了解CMP的作用 机理.数值模拟表明，微极性将提高抛光液的等效黏度从而在一定程度上提高其承载能力， 加速材料去除.这在低节距或低转速下尤为明显，体现出其具有尺寸依赖性.通过改变抛光液 中粒子的微极性，用实验研究了微极性效应对CMP中材料去除速率的影响，证明了分析的合 理性. 关键词： 化学机械抛光 微极流体 抛光液 流变特性 材料去除速率     

磁头表面氟代硅烷自组装膜的制备和表征

采用分子自组装成膜技术,在磁头表面制备了1H,1H,2H,2H-全氟癸烷基三乙氧基硅烷(FTE)自组装膜。使用时间飞行二次离子质谱仪(TOF-S IM S)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪对FTE自组装膜进行了表征。XPS测得的FTE自组装膜C 1s谱图中有分谱出现在287.905 eV位置,这证明FTE分子以C—O—S i键与磁头表面结合。通过分析TOF-S IM S测量的不同反应时间的膜厚和其对应的AFM表面形貌图发现,FTE自组装膜形成过程分为表面亚单层膜低覆盖、表面亚单层膜中等覆盖、团聚和聚结4个阶段。实验结果表明,控制反应时间可以在磁头表面制备超薄平整的FTE自组装膜,膜厚为(1.20±0.01)nm,表面粗糙度小于0.2 nm。该层超薄膜使磁头对水的接触角增加到110.5°±0.1,°令磁头的疏水性能得到很大提高,进而较大幅度地提高了磁头表面的抗污染能力。     

微纳米间隙受限液体边界滑移与表面润湿性试验

为了研究微纳米间隙下固液界面间流体的流动及输运特性,采用修饰的原子力显微镜针尖,针对微纳米间隙下受限液体的边界滑移现象选用不同润湿特性的固-液界面进行了试验.固体壁面样品采用Si(100)面和OTS自组装膜,试验液体采用去离子水和十六烷.结果表明,当微间隙临界尺度小于6.67×10-3时,边界滑移效应对流体动压力有重要作用;润湿性极好的表面也会产生边界滑移,对试验液体具有10 nm左右的滑移长度;润湿性差的光滑表面的边界滑移长度值明显大于润湿性好的表面.所得结果对于微流体输运与控制有重要的理论意义与实际价值.     

相对湿度对材料表面粘附力影响的研究

利用自制微摩擦及粘附力测试装置考察了在微载荷条件下,相对湿度对Si(100)材料表面粘附力的影响,分析了在大气环境中水分子的毛细作用力和范德华力对粘附力的贡献,并以BET吸附模型为基础推导出考虑湿度影响的粘附力计算公式.结果表明:在微载荷条件下,相对湿度对材料表面的粘附力影响十分显著,随着相对湿度升高粘附力增加,特别是相对湿度RH在40%～80%之间时,粘附力变化最为显著;当相对湿度RH小于20%时,范德华力大于水的毛细作用力且占主导地位;当相对湿度RH大于20%后,水分子的毛细作用力不断增加,同时范德华力因水膜的存在而降低,水的毛细作用力占主导地位.     

超磁致伸缩-压电直线式蠕动机构的设计

为研制大行程高精度进给机构,基于蠕动运动原理,以超磁致伸缩微驱动器为驱动元件、嵌入柔性铰链中的压电陶瓷驱动器与V形导轨配合为箝位方式,研制了超磁致伸缩压电直线式蠕动机构样机,并利用计算机对其运动进行了闭环反馈控制。运行测试结果表明,该机构能够稳定地蠕动步进和后退,位移重复定位精度可以达到±15nm。     

润滑膜的时效特性

为了探讨纳米级润滑膜的时间特性，采用相对ＮＧＹ－２型纳米级润滑膜厚度测量仪对不同润滑剂在不同工况的成膜能力进行了测量，讨论了各种工况条件下薄膜润滑的时间效应问题。实验表明，润滑膜厚度在一定条件下随连续运行时间的增加而增加。由于这一现象不同于一般的润滑规律和流变特性，从界面物理和表面物理化学方面分析了润滑膜时间效应的产生机理。