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Aus der Literatur zusammengefasste experimentelle Untersuchungen mit der Methodik der Oberflächenphysik sowie den aufgeführten neuen Verfahren bilden den zentralen Teil, Ergänzend hierzu werden einige grundlegende theoretische Modelle sowie Simulationsrechnungen aus jüngerer Zeit vorgestellt. Ziel dieser Arbeit ist es, Werkstoffwissenschaftlern, Ingenieuren und Physikern eine Einführung in das relativ neue Forschungsgebiet " Mikrotribologie" zu geben und in einem größeren Kontext seinen Zusammenhang mit der (Makro-)Tribologie aufzuzeigen.
Das tribologische Verhalten wird neben den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Reibpartner auch von deren Oberflaechentopographie bestimmt. Um deren Beitrag auf die Reibkraft zu untersuchen, wurden daher definierte Rauheitsstrukturen in Siliziumwafer geaetzt. Reibversuche mit einem Mikrotribometer [1, 2] gaben Aufschluss ueber den Einfluss dieser Strukturen auf das Deformationsverhalten im Kontaktbereich. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wurde ein Deformationsmodell entwickelt, das eine Abschaetzung der Reibkraft in Abhaengigkeit von der Rauheit erlaubte. Treten starke Adhaesionskraefte im Reibkontakt auf, ist ein inverter Einfluss der Rauheit auf die Reibkraft zu verzeichnen. Um diesen Verlauf weiter zu charakterisieren, wurden mit einem UHV-AFM Adhaesionsmessungen an strukturierten Siliziumwafern durchgefuehrt. Diese zeigen den Verlauf der Adhaesionskraft in Abhaengigkeit von der Groesse der Kontaktflaeche auf. Ein Vergleich dieser experimentell gefundenen Korrelation mit den klassischen Kontaktmodellen machte dabei den Einfluss der Oberflaechenrauheit auf die Groesse der Adhaesionskraft deutlich. Danach ergab sich, dass bei gleicher Kontaktflaeche, aber unterschiedlicher Rauheit sich die Adhaesionskraefte um bis zu einem Faktor 3 unterscheiden. [1] K. Meine, T. Schneider, D. Spaltmann, E. Santner, Wear, 253, 2002, 725-732 [2] K. Meine, T. Schneider, D. Spaltmann, E. Santner, Wear, 253, 2002, 733-738
A model based on movable cellular automata has been applied to study the sliding behaviour of tribofilms formed during automotive braking. Since it is not possible yet to determine the composition of real tribofilms quantitatively, final verification of modelling results is needed. This was done by preparing artificial third bodies with compositions and nanostructures matching the ones assumed for modelling. Pin-on-disc tests were performed while applying the artificial third bodies to the contact. The results revealed that not only the structure of the third body but also the amount of the applied normal pressure determines the COF obtained by modelling and that much better correlation between experimental and modelling results was obtained while assuming high normal pressures at asperity contacts.
Adhesion measurements are presented which were carried out with an atomic force microscope between polymer balls attached to a cantilever and a silicon wafer under ultra high vacuum conditions. In using a silicon surface with a defined structure a correlation between adhesion force and contact area was found. This correlation could partly be explained by the Johnson-Kendall-Roberts model, if a change of the surface energy is assumed as a result of the structuring. For a constant geometric contact area an additional structuring leads to a decrease of the adhesion force.