基于粘附效應(yīng)的多晶硅微齒輪有限元建模與仿真.pdf

1、微型機電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)的研究是機械科學(xué)的前沿領(lǐng)域，涉及電子工程、機械工程、材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。微型機電系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、軍事和工農(nóng)業(yè)各方面有廣闊的應(yīng)用前景。隨著MEMS的快速發(fā)展，粘附(sticking)作為微機械中存在的普遍現(xiàn)象，顯得越來越重要，也是造成微機械失效的主要原因，如何克服粘附是一個至今未解決的問題。多晶硅作為微機械

2、的主要材料，其晶粒數(shù)目和晶向?qū)ξX輪的動力學(xué)和靜力學(xué)的影響至今還沒有報道。
　　 本課題的主要研究工作如下：
　　 (1)考慮微機械中尺寸效應(yīng)和粘附的問題，分析了影響微機械構(gòu)件粘附的作用力，造成微機械粘附的主要因素有：表面張力、靜電力、殘余應(yīng)力、范德華力(Vander waals)力和卡什米爾力(Casimir)力。
　　 (2)研究了微機械在表面張力、靜電力、殘余應(yīng)力、范德華力和卡什米爾力作用下的粘附的物理機制

3、。
　　 (3)進行了微齒輪在表面張力作用下的抗粘附結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，首次得到表面張力作用下穩(wěn)定的抗粘附多晶硅微齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計。結(jié)果表明，微齒輪產(chǎn)生粘附與材料的彈性特性、材料的表面特性、微齒輪的半徑、齒寬和微齒輪與基體之間的間隙有關(guān)。
　　 (4)建立了微尺度條件下多晶硅微齒輪的數(shù)學(xué)模型和有限元模型。通過理論推導(dǎo)出晶向和彈性模量的關(guān)系，首次得出了單晶體彈性模量-晶向曲線。通過有限元分析軟件 ANSYS仿真分析多晶硅微齒輪中