电压对电喷印影响的数值模拟及实验研究

电喷印技术是基于电流体动力学(electrohydrodynamic,EHD)原理的一种沉积技术,可以得到比喷头尺寸小一个数量级的喷印精度。在电喷印过程中,电压是影响喷印的核心因素,对于泰勒锥的形成和稳定性起着重要作用。文中通过数值模拟和实验研究得出:随着外加电压的增加,泰勒锥逐渐形成,同时液滴的锥角也在减小;当达到一定的电压(2000V)时,得到的锥形最稳定且锥角最小;而当电压继续增加,泰勒锥锥形开始缩短最终失稳。因此,电压为2000V是实验条件下的最优参数。     

工艺参数对定间距电沉积微镍柱表面形貌的影响

电沉积过程中电极极间距的恒定可以有效地提高电沉积的沉积效果,研究了脉冲电压幅值、脉冲占空比和负向脉冲电流对微镍柱表面形貌的影响。为了探索当极间距恒定后脉冲电压幅值、脉冲占空比和负向脉冲电流对微镍柱表面形貌的影响,采用扫描电子显微镜和体式显微镜观测微镍柱表面形貌,采用COMSOL Multiphysic软件对电流密度和电场强度进行仿真验证,研究各个工艺参数对微镍柱表面形貌的影响,对比在相同参数下定间距与变间距沉积、有无负向脉冲电流的微镍柱的表面形貌。结果表明：在定间距下,电压在4.1～4.7V时,可以得到圆柱度较好且平均直径在47～100μm的微镍柱;在电压为4.7V时,微镍柱呈尖锥状,无分叉现象和瘤状沉积,随着电压的增加,沉积速率从0.33μm/s增长到0.7μm/s,优化后的负向脉冲电流参数为电压2V,频率0.5kHz,占空比60%,单个周期内正负脉冲个数比值5:1。恒定极间距可以改善微镍柱呈堆叠状沉积的现象,增加负向脉冲可以对微镍柱实现一定的修整效果,同时起到消溶沉积层的微毛刺、微凸起和枝状晶作用。     

电喷印喷头位移参数对三维成型精度的影响

电喷印技术是一种新型的微结构成型技术,其由于具有成型精度高、制造成本低、设备结构简单、打印材料广泛等特点,备受业界关注。而基于液态成形的电喷印技术对于三维图形的打印方法,对其实际图形及打印质量难以直接观测,因而快速有效的控制打印三维图形的精度和质量面临重大挑战。本研究提出了一种通过合理设置打印线间距和层间距,以控制打印三维图形的精度和表面质量的有效控制方法。同时,建立了线间距、层间距等工艺参数与最佳成型质量的理论模型,以打印线横截面层高作为评价指标,通过实验探究了喷头逐线逐面打印移动距离对三维图形沉积形貌的影响。研究结果分析、揭示了电喷印技术中上述工艺参数对三维图形的影响及其规律,并进行了三维实体成形试验。基于接触角、喷射流量等因素对线间距和层高的影响的模拟仿真,为基于电喷印技术的三维成型工艺提供指导意义。     

面向印制电子的喷印控制系统的设计与实现

印制电子技术作为一种新兴的信息电子技术,正受到愈来愈多人的广泛关注。而一套专门的喷印控制系统是印制电子技术得以实现的基础。本文针对目前喷印控制系统中存在的诸多问题,设计并实现了一套面向印制电子的喷印控制系统。该系统采用运动控制与喷头控制分离的控制策略,并基于模块化的设计思想,设计了包括命令解析、运动控制、喷头控制在内的七个模块。测试结果表明,该系统实现了对喷头温度、电压、驱动脉冲等的精确控制,满足印制电子技术对喷印控制系统的各项性能指标,并且能够根据用户的个性化需求喷印出各种结构的图形,从而为印制电子技术的发展和工业应用提供了一条可行之路。     

鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的干法气溶胶喷印实验研究

针对气溶胶喷印技术中油墨存储条件苛刻和溶剂、表面活性剂去除等问题,提出了一种鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的纳米粉末气溶胶喷印装置,建立了气溶胶喷印系统,探究了喷印速度、鞘气/载气体积流量比值对系统喷印效率、线条形貌的影响。通过激光烧结实验及电化学性能测试实验,分析了激光处理对气溶胶喷印线条电阻率、微观形貌、氧化程度的影响。实验结果表明：当喷印速度为19.20 mm/min、鞘气/载气体积流量比值为2.65时,获得了最小宽度为56.52μm的喷印线条;激光处理后,喷印线条中的纳米银粉末颗粒融化团聚并形成丝状物互相黏结,显著降低喷印线条的电阻率。     

纳米银均匀喷射过程的数值计算与仿真

微滴喷射均匀液滴喷射过程受到多种因素的制约,包括压力波幅值、液滴物性(黏度、表面张力等)、喷嘴尺寸等。为深入理解微滴喷射过程机理,基于流体体积法建立了均匀液滴喷射数值模型,研究了压电驱动电压幅值对低粘度纳米银墨水稳定喷射行为的影响。通过数值仿真,给出了驱动电压幅值与液滴断裂长度、液滴飞行速度的数值关系,以及液滴飞行速度与卫星液滴的变化关系。采用27μm喷嘴直径的工业喷头构建微滴喷射系统,低粘度纳米银墨水为喷射材料,通过观测喷印到光面相纸的液滴尺寸及卫星液滴数量对数值模型进行实验验证。结果表明,液滴飞行速度取决于驱动电压幅值,液滴尺寸分布及卫星液滴数量取决于液滴飞行速度,与数值模型相吻合。通过数值模型仿真,针对纳米银墨水物性指标匹配合适的驱动电压幅值,生成均匀液滴流,对微液滴成型的工业化应用具有重要的理论指导意义。     

电火花沉积工艺研究

电火花沉积工艺(ESD)是一种微弧焊工艺,电极材料沉积到基体表面,并与基体冶金结合形成涂层.本文研究了影响沉积层表面粗糙度的工艺参数,其中包括电容、电压、脉冲频率和保护气.通过试验得出,高电压、大电容可以产生高的能量,致使沉积率和表面粗糙度值增大,保护气可以减少材料氧化,使沉积层更光滑.     

基于电纺直写的图案化微纳结构喷印技术

研究了利用电纺直写技术进行图案化微纳结构可控喷印沉积的方法,该方法利用喷头与收集板之间的稳定直线射流来实现有序纳米纤维的直写制造。分析了电纺直写射流在静止收集板和移动收集板上的沉积行为;探究了工艺参数对电纺直写微纳结构定位误差的影响规律。实验显示:在内部应力和电荷排斥力的作用下,射流会产生弯曲螺旋从而引导纳米纤维在静止收集板上逐层叠加形成三维微结构;提高收集板运动速度可克服射流螺旋鞭动,获得无螺旋结构的直线纳米纤维。根据设计图形分别电纺直写了方波、多圈矩形纳米纤维图案,分析了直写图案尺寸与设计图案尺寸间的误差。结果显示:电纺直写纤维图案定位误差随着收集板运动速度、喷头至收集板距离、施加电压、收集板运动距离的升高而增加;优化实验条件和试验参数,电纺直写微纳结构定位误差可优于10μm。实验验证了微纳结构图案的精确喷印沉积有助于提高电纺直写技术的控制水平。     

静电喷雾润滑液滴的粒径分布特性研究

为掌握静电喷雾润滑液滴的粒径分布特性,将图像识别检测技术应用到荷电润滑液滴的粒径测量中.开展了采集图像中液滴区域的特征抽取和识别分析,建立了液滴的平面二维直径和空间三维直径的转换关系,提出了一种实用的气雾液滴粒径分布特性的检测方法.在建立液滴采集装置的基础上,进行了气雾不同截面液滴的采集和识别试验.实验结果表明,随着静电电压升高,喷雾索特平均直径减小,雾滴颗粒趋于均匀,雾化质量明显改善;在距喷嘴60 mm～140 mm的3个截面上,随着距离的增加,雾滴索特平均直径增大,雾滴趋于发散.     

基于EHD微纳尺度3D打印中导电银浆成线规律的实验研究

基于EHD微纳尺度3D打印技术(电喷印)是最具应用前景的微纳尺度3D打印技术之一。通过实验研究了电喷印过程中导电银浆体积浓度、喷印距离、喷印电压及喷印头移动速度对成线性能的影响。实验结果表明:外加电压在一定范围内能形成泰勒锥,过大或过小都会影响泰勒锥的形成;在此范围内存在最佳值2 000 V,使线宽最小。随着喷印头移动速度的变化,线宽变化显著,速度过小或过大分别导致线宽过大或无法成线的现象。导电银浆体积浓度过小会导致线宽过大、体积浓度过大导致粘度过大无法喷印;存在最佳值6:1使线宽最小。在一定的喷印距离0.05~0.1 mm的范围内变化时,可以形成稳定喷印。距离过大或过小会导致无法成线现象。     

可反向电流脉冲与扫描沉积电铸镍新技术

可反向电流脉冲与扫描沉积电铸镍技术是一种完全区别于直流电铸的新方法。通过调节脉冲频率 ,正、反向电流脉冲宽度及个数比、占空比、电流密度等参数 ,控制铸镍沉积速度、铸镍强度和晶粒大小 ,通过电流脉冲交叉扫描 ,可使镀层沉积成纵横交叉的网络状。大大改善了铸镍组织 ,提高了铸镍强度。1　可反向脉冲与扫描沉积电铸优于直流电铸可反向电流脉冲与扫描沉积电铸技术 ,从理论上摆脱了局限于直流电源的传统观念。通过可反向电流脉冲控制电极电位或电化学反应电流来实现化学反应过程。从能量的观点看 ,当增大阴极电流密度时 ,从电源输送到阴…     

硬脂酸铝液润滑下的GCr15/45副的电摩擦性能

通过辅助电极 ,考察了不同极性、不同幅值的电压对 0 4%硬脂酸铝液润滑下的GCr15 /4 5副的电摩擦性能。结果表明 :工作电极上施加负电压时 ,系统的摩擦系数显著升高。随着负电压幅值增高 ,摩擦系数的增加幅度也相应加大 ;而施加正电压对摩擦系数没有影响。随着外加电压幅值增加 ,GCr15钢球的磨痕直径增大 ;正电压作用下 ,磨痕直径比同幅值下负电压作用时的小。用电化学反应所生成的皂化膜的吸附特性解释了系统的电摩擦性能。     

电涡流传感器及高精度测量电路

电涡流传感器线圈阻抗的虚数和实数部分的变化反映电涡流的大小,该值使线圈的品质因数Q值发生变化;Q值的变化使传感器电压幅度变化;电压幅度的变化量转换为频率的变化;通过测量频率的方法来进行检测,因而是一种高精度的测量。     

脉冲电沉积RE-Ni-W-P-SiC复合镀层工艺

研究了RE-Ni-W-P-SiC复合镀层的脉冲电沉积工艺。结果表明：RE-Ni-W-P-SiC镀层的脉冲电沉积速率比直流电沉积大，脉冲镀层的耐蚀性和硬度都优于直流镀层，耐蚀性优于1Crl8Ni9Ti不锈钢；脉冲频率和占空比对镀层的沉积速率、镀层成分以及镀层的性能都有很大影响。脉冲镀层比直流镀层的结晶更细密，表面更光滑平整。稀土的加入有利于细化晶粒。     

用于金属拔丝的调频调幅大电流窄脉冲电源

介绍了一种将电流脉冲的电塑性效应应用于金属拔丝的调频调幅大电流窄脉冲电源系统。电源初级储能环节采用常规三相桥式整流和LC滤波;中间二次储能电路采用Buck变换器,利用全控型功率开关器件IGBT调节电热电容的充电电压,进而控制输出脉冲电流的幅值;而窄脉冲的形成则由电热电容、输出回路电感和等效负载电阻决定,由高频晶闸管进行控制。电源输出脉冲电流的频率和幅值可实时调节、数字显示。运行及测试结果表明,电源系统工作稳定,脉冲电流幅值和频率调节方便,控制准确。     

压电半球冲击传感器的仿真与分析研究

利用COMSOL软件仿真分析了传感器性能,建立压电半球冲击传感器内部结构模型,初步确定传感器在多个角度上均具有冲击应力,分析冲击应力在厚膜上的分布情况,选择压电厚膜与基底结合最合适倒圆,在垂直方向上冲击产生电荷产生量和冲击加速度大小成正比,利用电流体喷印工艺制备了传感器半球压电厚膜,采用电喷打印装置进行电流体喷印实验保证厚膜质量,利用磁控溅射技术在厚膜表面制备电极并进行极化,最后使用小型冲击实验台和标准传感器进行测试,得到压电半球传感器在3000g加速度下冲击信号曲线,测得传感器的灵敏度为2.86 pc/g,验证了压电半球冲击传感器性能.     

电火花线切割电规准对SKD11加工的影响

为了研究电火花线切割加工SKD11时电规准对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,选取脉冲放电时间、脉冲间隙时间、峰值电流和间隙电压为试验因素,表面粗糙度和材料去除率为试验指标做单因素试验。结果表明:随着脉冲放电时间的增加,材料去除率随之增加,而表面粗糙度增大;脉冲间隙时间增加时,材料去除率减少,但表面粗糙度减小,当脉冲间隙时间为35μs时到达最小;峰值电流对两个试验指标影响跟脉冲放电时间一致;随着间隙电压的增大,材料去除率增大,表面粗糙度同时也增大。     

数字微流控芯片半月形驱动电极的设计

为了降低数字微流控芯片的驱动电压,将传统的方形驱动电极结构设计为半月形,并研究了不同参数的半月形驱动电极降低驱动电压的效果。首先,根据介电湿润的基本原理分析了不同驱动电极形状对降低驱动电压的影响。然后,通过流体体积法(VOF)对液滴的运动过程进行建模和数值仿真;根据数值仿真结果对比分析了不同结构参数的半月形驱动电极随驱动时间的运动过程。最后,设计了4种不同结构参数的半月形驱动电极芯片,并对其驱动液滴的效果进行了试验验证。结果表明:研制的4种半月形驱动电极微流控芯片中,电极圆弧直径等于电极长度结构的芯片其驱动电压比其他3种电极结构的芯片的驱动电压至少降低了15.6%,而且可以在16V的驱动电压下使1μL去离子水液滴的运动速度达到1.6cm/s,是设计为半月形驱动电极中的最优设计。实验数据证明了电极圆弧直径等于电极长度的半月形驱动电极结构可有效降低微流控芯片的驱动电压。     

脉冲参数对Cu-Sn-PTFE镀层组织结构和性能的影响

用脉冲电沉积的方法,在焦磷酸盐电解液中制备Cu Sn PTFE复合镀层,研究电流密度、脉冲频率、占空比等对镀层组织结构、成分、硬度及摩擦学性能的影响。结果表明,随电流密度和脉冲占空比的减小,复合镀层表面变得细腻,硬度逐渐增加;而随着脉冲频率的增大,镀层的摩擦因数有下降的趋势;复合镀层中的氟元素含量越高,镀层硬度越低,而镀层中的PTFE颗粒在摩擦过程中使得镀层具有优异的自润滑性能。在电流密度为25 A/dm2、频率3 000 Hz、占空比60%的脉冲参数组合下,复合镀层的组织均匀,PTFE含量高,摩擦学性能也最优异。