硅基MEMS器件的液體潤滑及納米磁性液體磁控潤滑研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件的工作間隙尺度常處于納米級(jí)，受尺寸效應(yīng)的影響，作用在表面上的摩擦力和粘著力等相對(duì)于體積力而言要大很多，同時(shí)由于其運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，因此相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械而言，摩擦問題顯得更加突出。由于擔(dān)心液體潤滑劑本身的粘滯力會(huì)給MEMS器件的運(yùn)行帶來額外的阻力，目前對(duì)微機(jī)械表面的潤滑主要采用薄膜潤滑技術(shù)。為了研究液體潤滑劑對(duì)硅基 MEMS器件表面的潤滑性能，本文設(shè)計(jì)了一種新型的微觀摩擦磨損試驗(yàn)裝置，并對(duì)硅基MEMS器件的液體潤滑和納米

2、磁性液體磁控潤滑進(jìn)行了研究。
　　為了實(shí)驗(yàn)研究硅基MEMS器件表面的微觀摩擦特性，設(shè)計(jì)了一種基于銷盤式摩擦副的微摩擦磨損試驗(yàn)測(cè)試裝置，詳細(xì)介紹了該裝置的組成、工作原理及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)。其中，利用MEMS平面彈簧實(shí)現(xiàn)微牛量級(jí)載荷的施加和測(cè)量，利用MEMS旋轉(zhuǎn)彈性元件實(shí)現(xiàn)微牛米量級(jí)摩擦扭矩的測(cè)量，通過設(shè)計(jì)摩擦試件自適應(yīng)結(jié)構(gòu)使摩擦副的表面始終良好接觸，借助潤滑油池和潤滑液自動(dòng)補(bǔ)充裝置保證摩擦副的良好供液，采用LabVIEW上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)

3、了測(cè)試數(shù)據(jù)的采集及處理。實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)果表明，該微觀摩擦磨損試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能良好，載荷分辨率為0.08mN，摩擦力分辨率為0.024mN，能夠滿足MEMS器件微摩擦磨損的實(shí)驗(yàn)測(cè)試要求。
　　根據(jù)摩檫學(xué)理論中Stribeck曲線三種潤滑階段的變化規(guī)律，確定了試驗(yàn)參數(shù)，利用上述微觀摩擦磨損試驗(yàn)裝置測(cè)試了液體潤滑劑對(duì)硅基MEMS器件微觀表面的潤滑性能。實(shí)驗(yàn)研究了不同載荷條件，去離子水、十六烷、硅油和角鯊?fù)榈炔煌扯纫后w對(duì)硅基MEMS微觀表面潤

4、滑性能的影響，通過測(cè)量不同相對(duì)滑動(dòng)速度條件下的摩擦系數(shù)和兩摩擦副表面間的油膜厚度，討論了硅基MEMS器件表面的摩擦機(jī)理以及液體潤滑特性。同時(shí)，基于表面織構(gòu)技術(shù)在摩擦試件表面加工出不同表面紋理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試和模擬仿真分析，討論了表面紋理對(duì)MEMS器件微觀表面液體潤滑的影響。利用SEM表征了MEMS器件表面在混合摩擦階段的微觀磨損形貌，分析了液體潤滑對(duì)MEMS器件的減摩特性。
　　在理論分析納米磁性液體粘磁特性的基礎(chǔ)上，測(cè)試了外加磁場(chǎng)