碳化硅纳米尺度磨损的尺寸依赖性
材料科学
2017-03-06 v1
摘要
在干燥条件下，使用单晶金刚石纳米压头和纳米金刚石原子力显微镜 (AFM) 针尖研究了单晶碳化硅 和纳米晶碳化硅 的纳米尺度单粗糙峰磨损，并将它们的磨损行为与具有薄原生氧化层和厚原生氧化层的单晶硅进行了比较。我们发现，与 Si 相比，SiC 样品的相对耐磨性作为接触尺寸的函数发生了转变。使用较大的纳米压头（压头半径约 370 nm）时，sc-SiC 和 nc-SiC 的耐磨性均高于 Si。根据 Archard 方程，这一结果是意料之中的，因为 SiC 比 Si 更硬。然而，使用较小的 AFM 针尖（针尖半径约 20 nm）时，sc-SiC 和 nc-SiC 的耐磨性低于 Si，尽管接触压力与使用纳米压头时施加的压力相当，且在两组磨损实验中塑性区均已充分发展。我们将 SiC 相对于 Si 的相对耐磨性的下降归因于从由材料抵抗塑性变形能力（即硬度）主导的磨损机制向由材料抵抗界面剪切能力主导的磨损机制的转变。这一结论得到了我们关于无磨损摩擦的 AFM 研究的支持，该研究表明 SiC 的界面剪切强度高于 Si。此外，还讨论了表面粗糙度和表面化学对界面剪切强度差异的贡献。
引用
@article{arxiv.1703.01181,
title = {Size Dependence of Nanoscale Wear of Silicon Carbide},
author = {Chaiyapat Tangpatjaroen and David Grierson and Steve Shannon and Joseph E. Jakes and Izabela Szlufarska},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.01181},
year = {2017}
}