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Friction of flat-flat micro contacts coated with amorphous carbon

 
: Paulkowski, D.; Bandorf, R.; Schiffmann, K.; Bräuer, G.

Gesellschaft für Tribologie, Moers:
Reibung, Schmierung und Verschleiß. Forschung und praktische Anwendungen. Bd.2 : 50. Tribologie-Fachtagung ; 21. bis 23. September 2009 in Göttingen; Werkstoffe und Werkstofftechnologien, dünne Schichten und Oberflächentechnologien, Maschinenelemente und Antriebstechnik, Fahrzeugtechnik
Aachen: GfT, 2009
ISBN: 978-3-00-028824-1
S.51/1-51/6
Tribologie-Fachtagung <50, 2009, Göttingen>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IST ()

Abstract
Die Reibung im Fläche-Fläche-Mikrokontakt wurde mithilfe eines Flat Punch an einem Hysitron TriboIndenter® erforscht. Die untersuchten Mikrokontakte wurden mittels Fotolithografie in p-dotiertem Si(100) erzeugt und wurden mit 130 nm amorphem Kohlenstoff (a-C) beschichtet. Zum einen wurde die Kontaktfläche von 64 bis 1452 µm² variiert. Dafür wurden kreisförmige Pins mit unterschiedlichen Durchmessern von 9 bis 43 µm untersucht. Der Flat Punch war mit einem Durchmesser von 46 µm stets größer als die größten Strukturen. Zum anderen wurde die aufgebrachte Normalkraft beim Scratch von 10 µN bis 5,8 mN variiert. Dabei konnte ein linearer Zusammenhang zwischen Reibkraft und der aufgebrachten Normalkraft festgestell werden. Bei konstanter Normalkraft für verschiedene Pin-Durchmesser zeigte sich, dass die Reibkraft nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit zur nominellen Kontaktfläche aufwies. Aufnahmen der Oberflächentopographie mit einem Rasterkraftmikroskop und Berechnungen der Kontaktmechanik offenbaren, dass die reale Kontaktfläche sehr viel kleiner ist als die nominelle, obwohl die Schichtoberfläche sehr glatt war (RRMS<2 nm). Diese grundlegenden Untersuchungen bieten einen Einblick in die Reibung im Fläche-Fläche-Mikrokontakt und validieren Kontaktmodelle für Fläche-Fläche-Kontakte bei Mikrokontakten.

 

The friction of flat-flat micro contacts was investigated using a flat punch at a Hysitron TriboIndenter®. The studied micro contacts were patterned in p-doped Si(100) using photolithography and then coated with 130 nm amorphous carbon (a-C). On the one hand the contact area was varied from 64 to 1452 µm². Therefore circular pins with different diameters from 9 to 43 µm were investigated. The flat punch was 46 µm in diameter and therewith always larger than the microstructures. On the other hand the applied normal force at scratch was varied from 10 µN to 5.8 mN. It was found that the friction force depends linear on the applied normal force. Keeping the normal force constant for all structures the friction force exhibited only a negligible dependency on the nominal contact area. Scans of the surface topography with an atomic force microscope and calculations of the contact mechanics revealed that the real contact area was very small compared to the nominal one although the coating surface is very smooth (RRMS<2 nm). The fundamental research provides an insight into the friction of flat-flat micro contacts and validates contact models for flat-flat micro contacts.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-109953.html