Fraunhofer-Gesellschaft

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Tribologie von MEMS-Komponenten

 
: Bandorf, R.; Küster, R.; Henke, C.; Lüthje, H.; Sick, J.-H.; Neumeister, C.; Phataralaoha, A.; Büttgenbach, S.; Gatzen, H.-H.; Bräuer, G.

Dilthey, U. ; TH Aachen -RWTH-, Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik -ISF-:
Kolloquium Mikroproduktion. Fortschritte, Verfahren, Anwendungen : Sonderforschungsbereich 499, Sonderforschungsbereich 516, Sonderforschungsbereich 440
Aachen: Mainz, 2005
ISBN: 3-86130-999-8
S.225-232
Kolloquium Mikroproduktion, Fortschritte, Verfahren, Anwendungen <2, 2005, Aachen>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IST ()

Abstract
Da sich Lubrikatschmierung für Mikrobauteile auf Grund der dadurch auftretenden extrem hohen Adhäsionskräfte schwer realisieren lässt, liegt ein starkes Interesse bei der tribologischen Optimierung auf dem Einsatz extrem dünner reib- und verschleißarmer Schichten. Dieser Beitrag zeigt das Potenzial von kohlenstoffbasierten Schichten in Kombination mit einer angepassten Oberflächengestaltung. Die Herstellung von anwendungsnahen Gleitkörpern mit definierten Rauheiten erfolgte durch eine Kombination aus mechanischer Ultrapräzisionsbearbeitung, Fotolithografie und Strahlverfahren. Die gewünschte Strukturhöhe entstand durch Fotolithografie und Trockenätzen. Ferner kommt zur definierten Oberflächenstrukturierung von Gleitkörpern ein lonenstrahlverfahren (Focus-Ion-Beam: FIB) zum Einsatz. Die tribologischen Eigenschaften der Komponenten wurden sowohl im flächigen als auch im punktförmigen Kontakt untersucht. Untersuchungen zum Mikroverschleiß im Punktkontakt wurden mit AFM-Methoden durchgeführt, wobei die Verschleißraten von unterschiedlichen mikrotechnisch relevanten Substraten sowie hierauf abgeschiedenen tribologischen Schutzschichten in Abhängigkeit verschiedener Parameter wie Präparationsparametern, Schichtdicke und Belastungsart betrachtet wurden. Mittels Scratch-Tests konnte festgestellt werden, dass die Verschleißschutzwirkung der Schichten aufgrund ihres elastischen Verhaltens teilweise bis in Tiefen reicht, die größer als die Schichtdicke ist. Die tribologischen Eigenschaften von Mikrokontakten werden neben den inhärenten Schichtparametern auch stark vom Substratmaterial beeinflusst. Durch Messungen im Punktkontakt konnte gezeigt werden, dass der Reibwert eine Abhängigkeit vom Spitzenradius zeigt. Betrachtet man MEMS-Komponenten als tribologisches System, so bieten sich vielfältige Optimierungsmöglichkeiten. Durch Beschichtung mit Sub-Mikrometer-Schichten können sowohl der Verschleiß als auch der Reibwert von Mikrokontakten spürbar reduziert werden. Amorphe Kohlenstoffschichten haben sich hierbei als wirkungsvolles Mittel erwiesen. Es konnte gezeigt werden, dass eine gezielte Strukturierung der Kontaktflächen weitere Verbesserungen ermöglicht.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-27840.html