[发明专利]一种介观尺度上硅片滚动摩擦副及滚动摩擦模拟方法

说明书

本发明涉及一种介观尺度上硅片滚动摩擦副及滚动摩擦模拟方法，属于摩擦磨损领域，解决了现有技术中介观尺度上硅片的滚动摩擦磨损难以模拟的问题。本发明的介观尺度上硅片滚动摩擦副包括：上夹具、滚球盘、硅片和底座；硅片固定安装在底座上；滚球盘固定在上夹具上；上夹具和底座均安装在实验机上，实验机能够驱动上夹具下移以及底座旋转，夹具下移，滚球盘上的滚球与硅片接触，并在硅片旋转过程中，相对于硅片滚动。本发明实现了对介观尺度上摩擦磨损的准确模拟，并通过控制变量研究滚动速度、滚球尺寸、载荷大小、润滑状态、不同润滑介质对摩擦磨损状态的影响。

技术领域

本发明涉及摩擦磨损领域，尤其涉及一种介观尺度上硅片滚动摩擦副及滚动摩擦模拟方法。

背景技术

最大限度的降低磨损乃至实现无磨损是保证含滑动/转动零部件的MEMS系统功能和寿命，解决其可靠性问题，推进其走向实用化、市场化亟需解决的关键之一。

介观尺寸上的滚动磨损是这类MEMS系统磨损失效的主要方式之一。但是，目前并未出现相关的应用于摩擦磨损试验的介观尺度滚动摩擦副和实验方法，无法对含滑动/转动零部件的MEMS的滚动磨损工况进行模拟，严重阻碍了对介观尺度上滚动磨损更为深入的研究。

因此有必要设计一种用于介观尺度上硅片滚动摩擦副及其试验方法，既能够有效的模拟含滑动/转动零部件的MEMS的滚动摩擦磨损工况，又能可靠的嵌入目前普遍使用的通用摩擦磨损实验机，实现介观尺寸上硅片滚动磨损摩擦的准确模拟。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种介观尺度上硅片滚动摩擦副及滚动摩擦模拟方法，用以解决现有技术无法实现对含滑动/转动零部件的MEMS的滚动磨损工况进行准确模拟的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种介观尺度上硅片滚动摩擦副，包括：上夹具、滚球盘、硅片和底座；硅片固定安装在底座上；滚球盘固定在上夹具上；滚球盘上的滚球与硅片接触；上夹具和底座均安装在实验机上，实验机能够带动上夹具上、下移动以及驱动底座旋转。

具体地，滚球盘还包括保持架；滚球能够在保持架中转动；保持架的边缘为圆周弧面。

具体地，保持架上设有多个用于安装滚球的滚球安装孔。

具体地，保持架上设有滚球安装轨道，滚球安装轨道内嵌套多个滚球。

具体地，滚球盘还包括安装盘，安装盘与上夹具固定连接；安装盘上设置有圆周轨道，通过圆周弧面与圆周轨道配合，保持架套设在安装盘中。

具体地，上夹具包括：夹具体和销轴；夹具体设有中心轴孔，销轴套设在中心轴孔中，并通过螺钉或销钉固定。

具体地，销轴的底部设置有凹槽，滚球盘卡合安装在凹槽中。

具体地，底座上设置有平台，平台高于底座的上表面；硅片粘接在平台上。

具体地，硅片的外围套设限位结构，限位结构与底座固定连接。

另一方面，提供一种滚动摩擦模拟方法，采用上述的介观尺度上硅片滚动摩擦副，包括以下步骤：

步骤S1：将待测硅片粘在底座上，底座固定安装在实验机的底盘上；

步骤S2：将滚球盘固定安装在上夹具上，上夹具的上端连接实验机，完成上夹具和滚球盘的安装；下移上夹具，使滚球盘上的滚球与硅片接触；

步骤S3：启动实验机，实验机驱动底座以及硅片旋转；随着硅片的旋转，滚球相对于硅片滚动。

本发明至少能够实现如下有益效果之一：