对单晶硅片<111>进行了注入剂量为2×1016 ions·cm-2、注入能量分别为60 keV和80 keV的碳离子注入,采用X射线衍射仪研究了碳离子注入前后硅片晶体结构的变化,采用UMT-2型微动摩擦试验机进行了微动摩擦磨损试验,采用超高精度三维形貌仪测量了硅片的磨痕深度,采用S-3000N型扫描电子显微镜分析了硅片的磨损形貌及磨损机理.结果表明:碳离子注入改变了硅片的晶体结构,使晶体无序化;硅片的摩擦因数和磨痕深度均随着载荷、微动振幅的增加而增大;碳离子注入后硅片的减摩效果和抗磨性能得到明显改善,当载荷达到一定值后,随着时间的延长,碳离子注入层逐渐被磨破,摩擦因数迅速增大;注入能量为60 keV硅片的减摩抗磨性能较好;碳离子注入前后硅片的磨痕均呈椭圆形,注入后磨痕面积小且表面损伤程度较轻,磨损机制以磨粒磨损为主.

所属栏目

试验研究国家自然科学基金资助项目(50875252);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-06-0479)

收稿日期

2009/6/102009/7/13

作者单位

沈燕:中国矿业大学 材料科学与工程学院, 徐州 221116
张德坤:中国矿业大学 材料科学与工程学院, 徐州 221116
程慧茹:中国矿业大学 材料科学与工程学院, 徐州 221116
王大刚:中国矿业大学 机电工程学院, 徐州 221116

备注

沈燕(1985-),女,江苏盐城人,硕士研究生.

引用该论文:

SHEN Yan,ZHANG De-kun,CHENG Hui-ru,WANG Da-gang.Influence of Carbon Ion Implantation on Fretting Wear of Silicon Wafers[J].Materials for mechancial engineering,2010,34(7):12～15
沈燕,张德坤,程慧茹,王大刚.碳离子注入对硅片微动磨损性能的影响[J].机械工程材料,2010,34(7):12～15

参考文献

【1】

WATERHOUSE R B.Fretting fatigue[M].London:Applied Science,1981.

【2】

ZHOU Z R,FAYEULLE S,VINCENT I.Cracking behavior of various aluminum alloys during fretting wear[J].Wear,1992,155:317-33.

【3】

周仲荣,罗唯力,刘家浚.微动摩擦学的发展现状与趋势[J].摩擦学学报,1997,17(3):272-280.

【4】

孙蓉,徐洮,薛群基.单晶硅表面改性及其微观摩擦学性能研究进展[J].摩擦学学报,2004,24(4):382-385.

【5】

GUPTA B K,BHUSHAN B.Nano-indentation studies of ion implanted silicon[J].Surface and Coatings Technology,1994,68/69:564-570.

【6】

BRINK D J,CAMASSEL J,MALHERBE J B.Formation of a surface SiC layer by carbon-ion implantation into silicon[J].Thin Solid Films,2004,449:73-79.

【7】

KODALI P,HAWLEY M,WALTER K C,et al.Tribological properties of carbon-and nitrogen-implanted Si(100)[J].Wear,1997,205:144-152.

【8】

张德坤,葛世荣,王世博,等.氮离子注入硅表面的力学性能及其微摩擦磨损行为研究[J].摩擦学学报,2006,26(4):290-294.

【9】

张徳坤,葛世荣.碳离子注入对硅片微摩擦学行为的影响[J].材料研究学报,2007,21(4):383-388.

【10】

CHAU KH L,SULOUFF JR E.Technology for the high volume manufacturing of integrated surface micro-machined accelerometer products[J].Micro-electronics Journal,1998,29(9):579-586.

【11】

MIYAMOTO T,MIYAKE S,KANEKO R.Wear resis-tance of C+-planted silicon investigated by scanning probe microscopy[J].Wear,1993,162/164:733-738.