觸針式輪廓儀，原子力顯微鏡和非接觸式光學(xué)輪廓儀測(cè)量表面粗糙度的比較
Chin Y. Poon, Bharat Bhushan
美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)微生物和污染研究實(shí)驗(yàn)室機(jī)械工程部門
1994年12月22日收到，1995年5月24日接受
摘要
用觸針（ SP法）、原子力顯微鏡（ AFM ）和非接觸式光學(xué)輪廓儀（ nop ）測(cè)量玻璃陶瓷基底的表面粗糙度，不同的測(cè)量方法得到的表面測(cè)量結(jié)果存在一定的不同，經(jīng)過(guò)調(diào)查當(dāng)用觸針（ SP法）、原子力顯微鏡（AFM）和非接觸式光學(xué)輪廓儀測(cè)量粗糙度時(shí)的影響參數(shù)有觸針的大小，掃描尺寸的大小和采樣間隔，結(jié)論是原子力顯微鏡最合適測(cè)量玻璃陶瓷基底表面的粗糙度。如果用觸針來(lái)測(cè)量尖端半徑大小可達(dá)到0.2μm，但是可能會(huì)由于出現(xiàn)高接觸應(yīng)力而局部損壞測(cè)試表面，因?yàn)椴Ａ沾苫缀瑏單⒚状笮〉拇植诙龋墙佑|式光學(xué)輪廓儀放大倍數(shù)是（40x客觀放大倍數(shù)）或更低，所以不推薦使用。
關(guān)鍵詞：比較表面形貌，觸針的大小，掃描尺寸大小，采樣間隔區(qū)間，玻璃陶瓷基底
1．導(dǎo)言
表面形貌在自然滑動(dòng)面中發(fā)揮著重要作用，不管如何精細(xì)處理后，從微觀的角度來(lái)看其表面都是粗糙的，因此，微觀表面形貌性質(zhì)和滑動(dòng)摩擦表面之間的接觸面形成一個(gè)重要的背景。
在近年來(lái)，隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼電腦已被我們用來(lái)衡量和描述表面的形狀。同時(shí)有一大批不同類型的表面測(cè)量?jī)x器（例如光學(xué)，電氣，液壓，氣動(dòng)），所有這些都包含在[1-3]，測(cè)量技術(shù)可分為兩大類：（ 1 ）接觸式的類型和（ 2 ）非接觸式的類型。在微觀尺度上的表面測(cè)量，使用電子功放的接觸式測(cè)量（ SP ）是最受歡迎。用SP 觸針是壓在表面上進(jìn)行測(cè)量，然后以一定的速度越過(guò)表面，以獲得表面高度的變化[ 3，4 ] ，最近，基于兩束光干涉的原則發(fā)展了一種非接觸式光學(xué)輪廓儀（ nop ）[ 5-9]，已在工業(yè)中得到了廣泛的使用。
對(duì)超微結(jié)構(gòu)規(guī)模的表面測(cè)量技術(shù)有兩個(gè)，即掃描隧道顯微鏡（ STM ）和原子力顯微鏡（ AFM ），最近的發(fā)展已經(jīng)能夠?qū)Ψ肿右?guī)模上的精細(xì)表面進(jìn)行測(cè)量。用掃描隧道顯微鏡能在一種高端的合金表面上保持一個(gè)非常小距離（通常為0.2 nm ）測(cè)量。 電壓是加在金屬尖端和測(cè)試表面這兩個(gè)電極上的，隨著兩極之間的距離變化將產(chǎn)生一個(gè)隧穿電流，通過(guò)金屬尖端在整個(gè)表面移動(dòng)作為不斷的參考，該隧道電流的變化隨著表面高度變化而變化，通過(guò)測(cè)量該變化可以獲得相應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)，另外，金屬尖端的移動(dòng)導(dǎo)致表面高度的變化，由一個(gè)反饋控制系統(tǒng)連續(xù)獲得。