徐亚萌，周海，张杰群，李永康，沈军州

纳米尺度单晶氧化镓摩擦磨损性能试验研究

徐亚萌，周海，张杰群，李永康，沈军州

（盐城工学院 机械工程学院，江苏 盐城 224051）

分析单晶氧化镓在纳米尺度下的摩擦磨损性能，为金刚石磨料对氧化镓晶体的精密研磨加工提供理论依据。在G200纳米压痕仪上，使用Cube Corner金刚石压头，对单晶氧化镓的(010)和(100)晶面进行了摩擦磨损试验，利用原子力显微镜观测试验后的形貌并测量尺寸。在金刚石以不同速度摩擦单晶氧化镓时，(010)和(100)晶面的划痕宽度与摩擦速度的拟合直线的斜率分别4.057 69和7.634 62，深度与摩擦速度拟合直线的斜率分别为0.820 73和0.798 62。以不同载荷摩擦氧化镓时，(010)和(100)晶面的划痕宽度与载荷的拟合直线的斜率分别为47.625和46.750，深度与载荷拟合直线的斜率分别为23.764和31.9546。在多次重复摩擦磨损试验中，摩擦次数从1次增加到10次，划痕的深度从571.22 nm增加到2964.81 nm，划痕宽度从889.34 nm增加到7360 nm。在干摩擦状态下，金刚石压头的摩擦速度对氧化镓的摩擦系数、磨损影响不大。在低载荷下，氧化镓的磨损以塑性变形引起的材料去除为主，在载荷增大到一定值时，磨损转变为脆性材料去除的形式，出现裂纹、剥落和碎屑等，磨损增大。氧化镓(100)晶面由于硬度低、易解理，比(010)晶面更容易磨损。

纳米划痕；摩擦磨损；单晶氧化镓；摩擦速度；垂直载荷；摩擦次数

氧化镓（β-Ga2O3）是一种新型的超宽禁带（约4.9 eV）氧化物半导体材料[1-2]。它具有化学和热稳定性良好、高紫外可见光透过率、低损耗和高耐压等特点，这些优异的物理性质使其在器件方面有着广阔的应用前景，可作为深紫外透明导电氧化物薄膜电极、日盲紫外探测器、场效应晶体管、LED芯片和还原性气体探测器等[3-10]。……