484 / 2021-06-18 16:36:44

3C-SiC纳米磨损中变形行为的分子动力学模拟研究

摘 要：第三代半导体材料SiC因其优异的物理力学性能而具有广阔的应用前景，其中在SiC基微纳器件中，摩擦磨损是影响器件性能和使用寿命的关键问题之一。以往的研究中大都关注的是磨粒在SiC表面的滑动磨损过程，而实际应用中磨粒的滑动和滚动通常同时发生。因此，本文采用分子动力学模拟研究了3C-SiC纳米磨损中磨粒滚动/滑动共存时的变形行为，重点分析了磨损深度、磨粒滚动方向和滚动速度对SiC材料去除以及变形行为的影响规律。结果表明：随着磨粒转速的增大，磨粒所受法向力先增大后减小，在转速为25 rad/ns时达到最大法向力。横向力随着磨粒转速的变化比较复杂，在磨粒转速为50 rad/ns时同时获得最小的横向力和摩擦系数。随着磨粒旋转方向与磨粒前进方向之间夹角的增大，磨粒所受横向力增大，法向力减小。当磨粒与基体之间没有相对滑动时，SiC材料的磨损量最小、亚表面缺陷层的厚度最大、高应力区的体积最大、高温区的体积最小。当相对滑动速度增大，亚表面缺陷变的相对平滑。此外，高压是诱导3C-SiC发生相变的主要原因，温度对相变的影响不明显。本研究对理解3C-SiC纳米磨损中的微观变形机理具有重要意义。

关键词：分子动力学；3C-SiC；纳米磨损；滚动磨粒；变形行为