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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
Ausgehend von der Doppelnatur der Reibung (Adhäsion und Deformation) werden Modellvorstellungen und experimentelle Ergebnisse unter Einbeziehung von Simulationsrechnungen (bewegliche zellulare Automaten, FEM) diskutiert. Dabei wird das Reibverhalten am Einzelkontakt (single scratch) und an multiplen Kontakten (Feld der Oberflächenrauheiten) unter elastischen und plastischen Bedingungen berücksichtigt. Neben den realen Kontaktverhältnissen haben physikalisch-chemische Grenzflächenprozesse (Adsorption, chemische Reaktion) einen entscheidenden Einfluss auf das Reibverhalten. Dies wird am Beispiel der Temperaturabhängigkeit des Reibwertes für geschmierte Reibsysteme dargestellt (Bestimmung von Aktivierungsenergie und Reaktionsordnung für die Reaktionsschichtbildung).