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触针式轮廓仪，原子力显微镜和非接触式光学轮廓仪测量表面粗糙度的比较
Chin Y. Poon, Bharat Bhushan
美国俄亥俄州立大学微生物和污染研究实验室机械工程部门
1994年12月22日收到，1995年5月24日接受
摘要
用触针（ SP法）、原子力显微镜（ AFM ）和非接触式光学轮廓仪（ nop ）测量玻璃陶瓷基底的表面粗糙度，不同的测量方法得到的表面测量结果存在一定的不同，经过调查当用触针（ SP法）、原子力显微镜（AFM）和非接触式光学轮廓仪测量粗糙度时的影响参数有触针的大小，扫描尺寸的大小和采样间隔，结论是原子力显微镜最合适测量玻璃陶瓷基底表面的粗糙度。如果用触针来测量尖端半径大小可达到0.2μm，但是可能会由于出现高接触应力而局部损坏测试表面，因为玻璃陶瓷基底含亚微米大小的粗糙度，非接触式光学轮廓仪放大倍数是（40x客观放大倍数）或更低，所以不推荐使用。
关键词：比较表面形貌，触针的大小，扫描尺寸大小，采样间隔区间，玻璃陶瓷基底
1．导言
表面形貌在自然滑动面中发挥着重要作用，不管如何精细处理后，从微观的角度来看其表面都是粗糙的，因此，微观表面形貌性质和滑动摩擦表面之间的接触面形成一个重要的背景。
在近年来，随着现代测量技术的发展，数码电脑已被我们用来衡量和描述表面的形状。同时有一大批不同类型的表面测量仪器（例如光学，电气，液压，气动），所有这些都包含在[1-3]，测量技术可分为两大类：（ 1 ）接触式的类型和（ 2 ）非接触式的类型。在微观尺度上的表面测量，使用电子功放的接触式测量（ SP ）是最受欢迎。用SP 触针是压在表面上进行测量，然后以一定的速度越过表面，以获得表面高度的变化[ 3，4 ] ，最近，基于两束光干涉的原则发展了一种非接触式光学轮廓仪（ nop ）[ 5-9]，已在工业中得到了广泛的使用。
对超微结构规模的表面测量技术有两个，即扫描隧道显微镜（ STM ）和原子力显微镜（ AFM ），最近的发展已经能够对分子规模上的精细表面进行测量。用扫描隧道显微镜能在一种高端的合金表面上保持一个非常小距离（通常为0.2 nm ）测量。 电压是加在金属尖端和测试表面这两个电极上的，随着两极之间的距离变化将产生一个隧穿电流，通过金属尖端在整个表面移动作为不断的参考，该隧道电流的变化随着表面高度变化而变化，通过测量该变化可以获得相应的表面结构，另外，金属尖端的移动导致表面高度的变化，由一个反馈控制系统连续获得。