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氮离子注入硅表面的力学性能及其微摩擦磨损行为研究
  • ISSN号:1004-0595
  • 期刊名称:《摩擦学学报》
  • 时间:0
  • 分类:TH117.3[机械工程—机械设计及理论]
  • 作者机构:[1]中国矿业大学材料科学与工程学院,江苏徐州221008
  • 相关基金:国家杰出青年科学基金资助项目(50225519);国家自然科学基金资助项目(50405042);高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目.
中文摘要:

以单晶硅作为研究对象,选用离子注入剂量分别为5×10^14ions/cm^2、6×10^15ions/cm^2和1×10^17ions/cm^2,注入能量为110keV的氮离子注入单晶硅片,利用原位纳米力学测试系统对氮离子注入前后单晶硅片的硬度和弹性模量进行测定,在UMT-2型微摩擦磨损试验机上对氮离子注入前后单晶硅片的往复滑动微摩擦磨损性能进行研究.结果表明,氮离子注入后单晶硅片的纳米硬度和弹性模量减小,且注入剂量越大,其降低越明显.氮离子注入后单晶硅片的减摩性能提高,其摩擦系数大幅度降低,在载荷达到一定值后,氮离子注入层被迅速磨穿,摩擦系数迅速增加并产生磨痕.其磨损机制在小载荷下以粘着磨损为主,在大载荷下以材料的微疲劳和微断裂为主.

英文摘要:

Single crystal silicon wafer was implanted by nitride ion with 110 keV energy and 5 × 10^14 ions/cm^2, 6 × 10^12 ions/cm^2 and 1 × 10^17 ions/cm^2 doses, respectively. The changes of mechanical properties, such as hardness and elastic modulus of silicon implanted by nitride ion were studied on the in-situ nano-mechanical testing system. The micro sliding tests on silicon wafer and the N^+ -implanted silicon wafer were tested on a UMT-2 Micro-tribometer, which attempted to evaluate the wear resistance of N^+ -implanted silicon wafer and to investigate its micro tribological properties, such as friction coefficient and lastic modulus decreased for the N^+ implanted silicon wear width. The results show that the nano-hardness and ewafer. The more dose the silicon wafer was implanted, the more its nano-hardness and elastic modulus decreased. Friction-reducing effect of the N^+ implanted silicon wafer improved and its coefficient of friction decreased to a great extent. When the load reached to a certain value, the N^+ implantation thin layer was quickly worn out and the coefficient of friction increased sharply and the worn trace occurred on the silicon wafer surface. Adhesive wear was the main mechanism at light loads and fatigue and micro fracture were the main mechanism at high loads.

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期刊信息
  • 《摩擦学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院兰州化学物理研究所
  • 主编:薛群基
  • 地址:兰州市天水中路18号
  • 邮编:730000
  • 邮箱:tribology@lzb.ac.cn
  • 电话:0931-4968238
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-0595
  • 国内统一刊号:ISSN:62-1095/O4
  • 邮发代号:54-42
  • 获奖情况:
  • 中国科学院优秀期刊三等奖,甘肃省达标期刊优秀奖,1999年、2000年连续2年获工程类学术影响因子第一名
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11879