表面力仪及固体表面微观接触机理的试验研究摩擦学学报.PDFVIP

第 20 卷　第 5 期 摩 擦 学 学 报 20, 　 5 V o l N o 2000 年 10 月 TR IBOL O GY O ct, 2000 表面力仪及固体表面微观接触机理的实验研究 李志军, 冷永胜, 邹　鲲, 王　慧, 胡元中 (清华大学 摩擦学国家重点实验室, 北京　100084) 摘要: 利用以等色序条纹技术为核心的表面力仪, 使 2 个分子级光滑的圆柱状云母表面在一定载荷下接触, 测量其接 触区尺寸和接触表面的变形情况. 在两表面间使用不同介质以进行有粘着接触和无粘着接触 2 种条件下的实验, 并将 ( ) ( ) 测量结果与H er tz 理论 无粘着接触 和 J KR 理论 有粘着接触 进行对比. 发现在无粘着接触条件下的试验结果与 H er tz 理论相吻合; 而在有粘着接触条件下则测量到了J KR 理论所预言的“颈缩”现象. 关键词: 固体表面微观接触机理; 表面力仪; 接触尺寸和表面轮廓测量 中图分类号: TH 117. 2 文章标识码: A 文章编号: (2000) 　　固体表面接触机理的研究是摩擦学基础理论研 该方法可以直接测量接触表面间隙、接触区面积及接 究中的一个重要方面, 随着微型机械和微机 电系统 触表面的形状等参数. 图 1 是 SFA 结构简图. 其采用 ( ) 的发展, 其重要性日益凸显. 　　　 M EM S 2 个弹性体接触时的变形和受力情况通常被划 ( ) ( 分为 H er tz 型 无粘着接触 和非 H er tz 型 粘着接 ) 触 2 种情形. 人们分别采用H er tz 理论和 John son ( ) 粘着接触理论 简称 理论 来 K en da ll R ob er t s J KR [2 ] [2, 3 ] 分析这 2 种接触情形 . A n drew 等 分别利用光滑 的橡胶球和玻璃球研究了球体间以及圆柱面平面间 的粘着接触问题, 其共同特点在于均采用了低弹性模 量材料用以克服表面粗糙度的影响, 但所用实验测量 设备的精度较低. 本文作者采用测量精度较高的表面 1. U pp er sp ecim en; 2. L ow er sp ecim en; 3. Sp r ing can t ilever; 力仪, 并针对原子级光滑的云母表面来研究固体接触 4. Op t ica l fib er; 5. St ra in gauge; 6. N oncondu ct ive sh im ; 问题.