Oberflächenwelligkeit von Quarzglasoberflächen, die von einem Diamant-Ein­dring­körper abgekratzt wurden

Wir berichten über die Bildung regel­mäßiger Ober­flächen­wellig­keiten, die das Mikro­scrat­ching von Quarz­glas mit Berkovich-Diamant­spitzen begleiten. Die Spitzen wurden mit variie­render nor­maler Last von bis zu 30 mN und einer Abtast­geschwin­digkeit von bis zu 500 µm/s seit­lich ent­lang der Ober­fläche gezogen. Die AFM-Stö­rungs­analyse und eine unab­hängige Bestä­tigung durch Laser-Scan­ning-Mikro­skopie zeigen das Auf­treten regel­mäßiger Ober­flächen­wellig­keiten in den Verschleiß­rillen. Der durch­schnitt­liche Wieder­holungs­abstand der Wellen liegt im Sub-µm-Bereich und nimmt linear mit der Abtast­geschwin­dig­keit zu. Ihre Wellung liegt in der Größen­ordnung von eini­gen Nano­metern, steigt mit der aufge­brach­ten Last an und liegt deut­lich unter­halb der Ein­dring­tiefe (von eini­gen hun­dert Nano­metern). Die experi­men­tellen Ergeb­nisse werden unter der Annahme inter­pretiert, dass sich die Spitze stick-slip bewegt, während sie elastisch entlang der Ober­fläche getrie­ben wird. In diesem Rahmen ent­spricht die in der Stick­phase zu über­windende Haft­reibung der seit­lichen Härte des Materials, während die kine­tische Rei­bung, die die Spitze verlang­samt, aus deren Pflug­bewe­gung resul­tiert.

Publikation

Enrico Gnecco, Jana Hennig, Elham Moayedi, Lothar Wondraczek: "Surface rippling of silica glass surfaces scraped by a diamond indenter", Phys. Rev. Materials 2 (2018) 115601, DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.2.115601Externer Link